數字相移條紋投影三維曲面測量幾個關鍵問題研究

《數字相移條紋投影三維曲面測量幾個關鍵問題研究》是依託湖南大學，由王文格擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：數字相移條紋投影三維曲面測量幾個關鍵問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王文格
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

數字相移條紋投影三維測量是近年來發展起來的一種曲面三維測量技術，它不需要精密的機械傳動裝置或坐標傳遞獎，不需要掃描，可以實現大型複雜曲面攜帶型、較高精度、快速非接觸三維測量。目前對該方法的研究主要集中在如何提高三維測量的計算速度、主值相位場提取、相位去包裹等方面，而對其中存在的非線性問題缺乏系統深入研究，而這幾個關鍵問題對測量結果會產生重要影響。本項目主要針對這些非線性問題開展研究，包括數字相移條紋投影三維測量系統的非線性建模與標定，數字投影與數字成像的非線性效應、非線性效應對主值相位場提取及相位去包裹的影響，測量系統非線性校正算法等。通過本項目研究為進一步解決汽車大型覆蓋件及其模具三維測量、逆向工程及其它相關領域的複雜曲面三維測量存在的問題提供更系統的理論和方法，研究結果具有重要的理論意義和重大的實用價值。

結題摘要

近年來，三維測量技術在機械製造、質量控制、生物醫學工程、機器視覺和機器人導航等領域得到了廣泛套用。數字相移條紋投影三維測量是近年來發展起來的一種曲面三維測量技術，它不需要精密的機械傳動裝置或坐標傳動件，不需要掃描，可以實現大型複雜曲面攜帶型、較高精度、快速非接觸測量。本項目在分析研究國內外相關技術和文獻的基礎上，針對目前存在的問題，採用理論分析與實驗研究相結合的方法，對數字相移條紋投影三維測量及三維相機環境感知中的關鍵問題進行了較深入系統的研究，取得了一些有價值的研究成果。首先，在前期研究的基礎上，考慮三維測量系統非線性畸變，建立了數字相移條紋投影三維測量系統的非線性模型，並據此模型構建了三維測量實驗裝置。針對三維測量系統中存在的影響測量精度的各種因素，如CCD攝像機的非線性畸變、投影系統非線性效應等，研究了非線性畸變圖像的校正和投影系統非線性效應補償算法，從而顯著提高三維測量的精度。採用不同的相移法會使數字相移條紋投影三維測量產生不同的誤差，通過分析比較發現四步相移法和五步相移法法可以有效減少系統的相移誤差；同時不同相移法產生的測量誤差並非是隨機誤差，存在一定的規律，呈現周期性分布，而且和投影條紋數以及條紋的相位有密切的聯繫。通過測量系統非線性畸變校正研究提出了一種減小系統非線性因素所導致的三維測量誤差的方法，先測量標準平面得到變形後的結果，再進行最佳化計算得到測量系統非線性畸變因子，然後較好地實現測量系統非線性畸變校正。最後，由於基於光學、圖像與視覺理論的三維測量技術快速發展，本項目研究增加了對基於3D相機的三維環境感知等方面的內容，在未知環境下機器人三維環境感知、控制系統實時性、多軸同步運動控制等方面取得了一些理論和套用研究成果。通過本項目研究為進一步解決複雜曲面三維測量、逆向工程、機器人導航及其它相關領域存在的問題提供較系統的理論和方法，研究結果具有一定的理論意義和較大的實用價值。