【摘 要】
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现代工业生产技术的发展与人工智能技术的井喷,使得在各种场景下三维信息的需求越来越广泛,并且精度的要求也与日俱增,因此高效准确地三维测量技术成为了目前产业的研究热点。目前三维测量技术在生活和工业中有着重要的应用,如手机雷达场景扫描、TOF人脸识别、医疗诊断、刑事侦探、机器人视觉、无人驾驶、逆向工程等方面,在诸多三维测量方法中,非接触式的光学三维测量技术有适应能力强、速度快、精度高的优势。对于中远距离
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现代工业生产技术的发展与人工智能技术的井喷,使得在各种场景下三维信息的需求越来越广泛,并且精度的要求也与日俱增,因此高效准确地三维测量技术成为了目前产业的研究热点。目前三维测量技术在生活和工业中有着重要的应用,如手机雷达场景扫描、TOF人脸识别、医疗诊断、刑事侦探、机器人视觉、无人驾驶、逆向工程等方面,在诸多三维测量方法中,非接触式的光学三维测量技术有适应能力强、速度快、精度高的优势。对于中远距离的三维测量技术,目前常用的是激光扫描测量的方法,利用仪器内部激光的扫描扩大整体视场,最终得到待测场景的三维扫描点云图,为获取场景的三维信息,常采用激光干涉条纹作为载体,通过相移法实现相位信息的获取,但由于产生相移与条纹采集方法的不同,激光扫描测量仪的精度与效率有很大的差别。基于对激光干涉条纹的产生和相移获取方式等方面的研究,为得到一种高效、经济、高精度的远距离三维测量装置,本论文提出了一种基于正交偏振相移干涉与相移同步采集方法的三维测量原理,并在该原理基础上搭建了一套测量装置系统,在该系统的设计与搭建的过程中,主要做了以下研究工作:1、分析了同步偏振相移干涉系统的优缺点,结合偏振光干涉的理论分析,对该系统做了改进,去除了多CCD采集的复杂接收端装置,将近距离显微测量的装置应用到光场投射测量上,提出了基于正交偏振相移干涉与相移同步采集方法的三维测量原理,并对装置具体配置与琼斯矩阵原理进行了说明。2、分析激光干涉条纹图的特点,对比多种不同的去噪方法,结合边窗思想和PM扩散与模型,提出了边窗PM去噪模型,在去除条纹噪声的同时保存了图像的边缘和细节,选用了频域窗口增强处理与空域边窗PM去噪结合的方法,较好地保护了条纹的正弦性,有利于相位提取。3、研究目标相位获取,分析多步相移法与解包裹算法,为配合本装置中的相移原理,选用四步相移提取相位,选用空域解包裹算法中的基于质量导引法的不连续路径展开方法,保证了处理的速度与效果,利用相位轮廓术最终得到物体高度。4、对系统中的误差产生原理进行分析,主要针对微偏振阵列引入的误差与光学元件引入的偏振相位偏移。利用加权的双线性插值方法优化了微偏振阵列误差,使用Lissajous椭圆表示和分析了相移误差,并通过拟合校正优化了相位值。5、按照本文提出的理论,搭建出了一套偏振相移远距离三维测量系统,实验验证装置的测量结果,对金属背板物体进行了高度重建,实验结果存在0.442cm的误差。
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