摘要
结构光测量技术与传统测量方法相比，具有简单、高效以及无接触的特点。在结构光测量技术中，编码结构光相较于其他结构光测量方法，具有快速、高精度等优点，但其测量结果与被测物体表面的反光特性密切相关。在测量过程中，若被测物体表面具有较高的反射率，则会导致成像的某些区域出现曝光，致使相位产生偏差，从而影响测量精度。 本文以高反光表面的物体为测量对象，通过对双目立体视觉与编码结构光测量技术、相机标定技术、结构光的编解码技术、基于相位的立体匹配技术以及对高反光物体表面进行定量测量技术进行研究，设计并实现了基于编码结构光的高动态范围表面三维测量系统，对高反光物体进行测量具有重大研究意义。 首先，在对高反光物体进行三维测量的研究过程中，选择并分析了双目结构光的测量模型，并推导了其测量原理。通过建立摄像机理想成像模型，确定了图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，以及分析了摄像机的畸变模型。采用张氏标定法对两个摄像机进行联合标定，获取摄像机内外几何参数，通过对左右图像进行立体校正，从而提高系统的匹配效率。 其次，通过对不同结构光的编码方法进行介绍，分析不同结构光编码的优劣势，最终选择多频外差作为本系统的编码方式。通过对测量过程中所产生的非线性误差进行分析，确定了误差产生的主要原因，并建立系统误差模型，提出了基于系统响应灰度曲线拟合的非线性校正方法与基于分区域的误差补偿方法，通过实验验证，所提出的分区域误差补偿方法效果更好。此外对于高反光物体的反射模型进行分析，依据相机响应曲线，提出了自适应多重曝光算法，通过计算出不同曝光时间图像进行融合，合成高动态范围图像进行解码，生成完整的三维点云数据。 最后，本文完成了系统的硬件平台搭建与软件可视化程序设计，实现了对高反光物体的测量。通过对不同的高反光物体的测量，验证了本文提出的基于编码结构光的高动态范围表面三维测量系统的可行性以及准确性，对标准阶梯模块的三维测量中，其精度可达0.15mm。
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