Research of the three-dimensional surface measurement based on structured light method

近些年，随着经济的发展和科技的进步，基于面结构光方法的物体表面三维轮廓测量技术以其非接触、高精度等优点逐渐成为三维测量的主流方法。本文以三步相移法为基础，研究了三维轮廓测量的具体实现过程，探索了其中的实现细节和处理方法。 本文主要包括四部分内容：系统原理及设计方案，三维轮廓测量的实现，关键算法的研究和系统测量精度分析。 根据所选择的测量方法，首先确定了测量系统结构及测量过程；针对三角测量原理测量条件难以满足的情况，介绍了一种非理想条件下的系统结构及测量方法；同时介绍了系统中硬件的控制方法和软件算法的具体流程。 针对测量过程中的具体问题进行了深入研究。针对图像中存在阴影区域的问题，本文提出一种分割方法，能够实现阴影区域的准确分割；本文用边缘检测的方法实现了对物体位置的定位，并由物体的位置信息完成图像边缘的裁剪；针对正弦条纹图像的特殊结构，选择了有针对性的旋滤波方法对图像滤波；针对相机和投影仪的标定问题，应用了一种联合标定方法，得到了相机和投影仪的参数矩阵。 解相位算法是测量的关键，也是本文的研究重点。本文在分析了基于区域解相位算法实现过程的基础上，针对孤立区域解相位算法中存在解相错误的问题，提出一种改进方法，将像素质量图原理与区域解相方法相结合用于解相处理；实验结果表明，本文算法可显著提高区域解相位方法的解相精度。 针对三维轮廓测量的测量精度问题，本文分析了诸多因素对测量结果的影响，并介绍了一些减小误差的方法。 为验证算法的有效性和可靠性，本文在matlab开发环境下对系统和算法进行仿真测试与验证。实验结果表明本文方法能够稳定、可靠地实现对物体表面三维轮廓信息的测量，实际应用仍在研究中