摘要
条纹投影三维测量技术具有非接触、高速、高精度、高分辨率等优点，在逆向工程、虚拟现实、文物保护及医疗等方面有广泛应用。在基于该技术的测量系统中，条纹投影装置是必不可少的部分。目前常见的条纹投影装置是采用LCD或DMD的数字投影仪，能够灵活地投影多种图案，但是价格较高、体积较大。采用罗琦光栅和LED阵列光源的光源步进法相移条纹投影装置具有速度快、体积小、价格低廉等优点，有良好的应用前景。但是常见LED发散角、发光面尺寸较大，导致投影系统工作距离较短，无法实现高亮度、高密度的条纹投影，限制了测量系统的应用。本论文在光源步进法的基础上进行改进，利用激光二极管（LD）作为投影光源实现了工作距离较远、高亮度、高对比度及高密度的相移条纹投影，同时与双目摄像机相结合设计、制作了便携、高速的三维测量系统。系统的三维记录速度为100fps。对标准平面测量的标准偏差为0.19mm，间距测量的最大误差为0.1mm。 论文主要内容有以下几部分：（1）介绍了光学三维形貌测量技术特别是条纹投影三维测量技术以及其研究现状；（2）介绍了相机成像以及主动双目测量原理；（3）介绍并分析了光源步进法原理。针对光源步进法存在的问题，提出了采用LD作为光源，利用LD发散角及发光面积小的特点提高投影条纹的密度、对比度及亮度，同时投影装置的工作距离也得到了提高。另外，根据LD光源的固有属性—光场中存在散斑，提出了利用散斑进行图像粗匹配，再利用相位进行精匹配的三维重建算法；（4）设计制作了LD光源驱动控制及同步拍摄信号产生电路，搭建了采用LD的光源步进双目主动三维测量系统。进行系统性能测试，并验证了提出的算法。 本论文创新点主要有：（1）采用LD作为光源，解决了传统光源步进法工作距离短、投影高亮度及高对比度条纹困难的问题；（2）针对激光的固有属性—散斑，提出了散斑与相位结合的粗、精两步双目图像匹配三维重建算法。
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