非對稱組合式時間編碼光三維測量方法與關鍵技術研究

《非對稱組合式時間編碼光三維測量方法與關鍵技術研究》是依託哈爾濱理工大學，由於曉洋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非對稱組合式時間編碼光三維測量方法與關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：於曉洋
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

視覺測量是三維測量的重點發展方向，結構光法最具實用性和發展潛力。其中編碼光因快速和勿需掃描而成為發展趨勢，而時間編碼光因精度高而備受青睞。數字編碼和模擬編碼各有特點，將兩者相結合成為發展方向和研究熱點。.本項目提出了非對稱組合時間編碼方式，其特點是數字碼節距與模擬碼周期為非整數倍關係、數字碼跳變點位於模擬碼相位誤差最小的位置，從原理上消除了數字碼跳變附近解碼錯誤的影響、所導致的解碼誤差為零，保證了組合式時間編碼方法能達到模擬碼的解碼精度。採用格雷碼和梯形相移法實現了非對稱組合式時間編碼光三維測量，其中三步梯形相移碼用算術運算替代正弦相移碼的反正切運算而具有速度快的優點、將強度空間擴展了6倍而提高了抗干擾能力。顏色重建利用三維測量數據進行顏色校正，消除景物表面幾何特徵和圖像採集器相對姿態位置的影響。上述研究成果將為三維視覺測量提供新原理和技術，有助於提高三維視覺測量技術水平和拓展其套用範圍。

結題摘要

視覺三維測量技術是目前三維測量領域的重點發展方向，其中結構光法被公認為最具實用性和發展潛力。由於數字碼和模擬碼兩者的優缺點恰好互補，將兩者組合起來成為結構光的研究熱點和邁向實用化的有效途徑。但是，如何將數字碼和模擬碼進行組合來實現高採樣密度和高解析度以及高測量準確性的目的，這其中有諸多的理論和實踐問題需要加以解決。因此，本項目針對非對稱組合式時間編碼光三維測量方法與關鍵技術進行了深入的理論和實驗研究。 完成了規定的研究內容，包括不同編碼之間新的非對稱組合方式研究;非對稱組合時間編碼光三維測量方法研究；非對稱組合編碼光三維測量裝置研究；基於景物表面三維幾何信息的顏色校正研究；編碼圖像自適應閾值帶二值化方法、面向結構光三維數據特點的三維表面重建算法、基於兩組正交的非對稱組合圖案的標定方法等關鍵技術研究；非對稱組合顏色編碼光三維測量方法研究；中國剩餘定理(CRT)工程求解方法及其在組合編碼光三維測量中的套用研究。 獲得了規定的預期研究成果，包括提出了一種新的兩種編碼光之間的非對稱組合方式，即它們的周期不等且兩者跳變點不重合，消除了組合導致的粗大誤差，即可直接用來解決相位展開問題也可用於其他相位展開方法中，如已用於基於CRT的多頻模擬碼相位展開中，相比原有技術克服了粗大誤差、提高了實用性；提供了一種採用格雷碼和三步梯形相移圖案實現非對稱組合的編碼光三維測量方法，達到模擬碼測量準確度，而且梯形相移編碼替代原正弦相移編碼提高了測量速度和抗干擾能力；提供了一種基於三維信息進行顏色校正的顏色重建方法，在硬體標定校正顏色的基礎上，利用三維測量數據消除了景物表面幾何特徵對顏色重建的影響；提供了一套非對稱組合編碼光三維測量裝置及其標定方法，具有量程大、像素級採樣密度和分辨力的優點，同時達到了單獨一種編碼光測量準確度的水平。 隨著現代測量技術的飛速發展，景物相點陣圖測量已經成為儀器科學領域基本的科學問題和技術難題之一，本成果針對多頻相位展開提供了一種有效的解決方案，解決了其中的理論問題和關鍵技術。成果可直接套用於自適應光學、光學測量、圖像處理、大地測量、雷達等諸多技術領域，在製造業、航空航天、軍事、國土資源、醫學、娛樂、服裝、文物考古等眾多行業具有廣泛套用。