【单目结构光三维测量系统设计分析案例1800字】

单目结构光三维测量系统设计分析案例目录TOC\o"1-2"\h\u24033单目结构光三维测量系统设计分析案例 1182331.1单目结构光三维测量系统构成 1164661.2单目结构光系统三维测量原理 2在单目结构光组成的三维测量系统中，按照测量原理的不同可以将其直接分为两类：三角测量法和相位测量法，其中相位测量法又细分为相移法、莫尔轮廓法和傅里叶变换法等多种方法。本论文主要研究相移法中的一种方法——四步相移法，大致的工作步骤分为：使用投影仪向被测物体投射一系列的正弦光栅图案，被测物体就会对这一系列的正弦光栅图案产生调制作用，使用相机采集没有被被测量物体参考的的光栅图案和含有被测量物体的参考的产生变形的光栅图案，同时调制作用会使正弦光栅的相位发生变化，将收集的图像信息输入计算机中，根据单目结构光三维测量系统的相位—高度的关系式，即可计算出实际上的距离——物体表面任意一点在投影仪图像的相对位置。1.1单目结构光三维测量系统构成图1.1单目结构光测量系统部件组成图基于单目结构光的三维视觉测量系统主要由计算机、投影仪、被测物体和计算机四个部分组成。单目结构光三维测量系统在使用前必须首先对相机和投影仪进行标定（即系统标定），这样才能进一步提高测量系统的测量精度。其基本测量原理为采用计算机在MATLAB中编写程序生成一定的正弦光栅条纹图案，使用标定后的投影仪将一定的正弦光栅条纹图案投射到被测量物体一定部位的表面，物体部位的表面会对投射的结构光图案产生相位调制的作用，而相机会实时收集还没有发生调制作用的正弦光栅图案和已经产生变形的正弦光栅图案，并将已经收集的图像信息输入到计算机中，测量系统中的计算机利用四步相移法解调出包裹相位，再进行相位展开，根据测量系统的相位-高度关系式得到被测量部位的三维坐标，以实现对被测物体的形貌三维还原，完成对被测物体的测量。单目结构光三维测量系统部件组成图如上图1.1所示。1.2单目结构光系统三维测量原理三维形貌视觉测量方法系统模型图如图1.2所示，图中投影仪投射出的为正弦光栅条纹图像，被测物体会对光栅图像进行调制，发生变形。参考面和参考坐标系：参考面即图中的OXY平面，该面平行于投影光栅面。参考坐标系即图中的OXYZ，O是投影仪中心在参考面上的投影，Z轴在连线上，Y轴平行于投影仪投影在参考面上的光栅条纹。投影仪中心和投影仪坐标系即投影仪镜头光心，投影仪坐标系即图1.2中的，轴平行于Y轴。相机中心和相机坐标系：即相机镜头光心，相机坐标系即图1.2中的，轴和轴平行于相机成像面的横轴、纵轴，要求平行于于参考面，且和的交点正好在参考面上。图1.2单目结构光三维测量系统模型其中d作为之间距离，l为之间距离，A为物体上的点，在参考面上的投影为B，作延长线与相交于。在三维测量中，要得到物体表面的所有三维空间坐标，关键求取Z坐标（即高度）。如图1中的A点，X和Y坐标一般是已知的，需要求取Z坐标，即高度，即。由于//MN，因此，则代入已知条件，得到由于d和l是相机标定后已知的，因此只要知道MN，即可求出高度。假设投影光栅在O点的相位为0，那么点A的相位可以表示为：联立上式，得到：综上所诉，整理得到:是没有物体时光栅在参考面上的相位值，在标定时将标定工作面调整至参考平面高度，由相机获取基准光栅图像，可以解出基准相位。是有物体时，光栅被调制后的相位值，同样由相机获取畸变光栅图像，可以解出畸变相位。所以只需要通过结构光解码求得被测物体点A处相位相对于参考平面相位变化值即可完成三维信息测量。通过基准光栅图像或畸变光栅图像解出基准相位或畸变相位的过程称为解相位。图1.3单目结构光测量系统工作流程图本文的单目结构光三维视觉测量系统软件部分主要负责读取相机拍摄的图像信息并对图像进行处理、系统标定、结构光解码以及三维测量工作。先通过使用计算机编写MATLAB程序生成一系列的正弦光栅条纹图案，然后使用投影仪借助驱动生成的一系列正弦光栅图案投射至被测物体部位的表面，因为本文使用了基于单目结构光系统的三维测量的方法，所以必须分别将四幅不同相位的正弦光栅图案投射至被测物体部位的表面的，每投射一幅正弦光栅图案就拍摄一次，被测物体部位的表面对光栅图案会发生调制作用，部分的正弦光栅图案会产生变形，本质上原始的正弦光栅图案条纹在被测物体部位的较高位置具有附加相位，并且发生调制作用的数字图像的灰度值是通过相机的图像信息显示每个点的相位而获得的，主要作用于被测物体部位的正弦光栅条纹变形图案，最后相机将采集的