条纹结构光三维测量中多频相位展开与高亮抑制方法研究
条纹结构光三维测量技术以其高准确度、高效率和非接触的优点在高速检测、
产品开发、质量控制、反向工程等领域得到广泛的应用和发展。其测量准确度随
着硬件设备和图像处理技术的发展而大幅度提高,但针对复杂被测物,其容错能
力、抗干扰能力较弱,从而制约了其实用性。为此,本文研究采用普通条纹结构光
三维测量方法,针对复杂被测物受相位展开方法和表面特性影响带来的测量误差,
研究多频相位展开方法、表面高亮抑制方法及其装置。1.本文对于目前展开相位
的复杂计算,范围有限和波长位置跃跳导致大误差的问题,提出一种双频条纹结
构光相位展开方法,建立其数学模型。
进而,针对实际应用环境,对提出的相位展开方法进行了误差分析,推导其误
差容限。通过三维测量与抗干扰能力仿真验证实验,在有干扰和无干扰环境下,
验证双频相位展开数学模型和误差分析的正确性。2.针对现有多频模式时间相位
展开方法,即多频分层、多频外差和多频数论,通过测量原理阐述、测量误差分析、
数值仿真实验与本文双频条纹结构光相位展开方法进行对比研究。鉴于投射图案
起止点存在跃跳误差问题,提出一种错位双频条纹结构光相位展开方法,完成其
理论分析和数值仿真验证。
3.为进一步拓展条纹结构光量程,或在同量程范围内提高相位展开方法的抗
干扰能力,将双频相位展开方法拓展到三频相位展开方法。建立其数学模型,对提
出的相位展开方法进行误差分析,推导其误差容限。分析条纹结构光组合的等效
波长,给出最优频率组合准则。通过三维测量与抗干扰能力仿真验证实验,在有干
扰和无干扰的仿真环境下,验证三频相位展开数学模型和误差分析的正确性,以
及在误差、抗干扰能力方面的有效性。
4.针对条纹结构光测量过程中高亮区域导致测量失效,提出基于线性扩散板
的高亮抑制方法,推导出入射光线经过线性扩散板之后的辐射照度与高亮点反射
光线的辐射亮度表达式,建立了基于辐射度量学的线性扩散板抑制高亮原理模型。
为进一步消除高亮区域,针对现有高亮抑制算法存在复杂的图像分割问题,提出
反射分量分离理论与基于优先级的像素填补方法相结合的强反射表面高亮抑制
图像处理算法。5.提出和实现条纹结构光三维测量的高亮抑制方案和装置,针对
典型表面和复杂表面进行三维测量实验。实验表明,双频和三频条纹结构光相位
展开方法能有效抑制跃跳误差、运算简洁、测量效率较高。
进行了基于线性扩散板的物体高亮抑制实验与基于反射分量分离与优先级
像素填补方法相结合的高亮抑制实验。对不同形状、不同光滑度的强反射表面物
体在进行三维重构实验和定性与定量分析。本文研究为条纹结构光三维测量相位
展开和高亮抑制提供了理论支撑和实验依据,对促进条纹结构光三维测量技术工
程应用具有实际意义。