结构光三维重建技术是一种采用光学手段对被测物体进行编码,从而获取物体三维数据的技术。该技术具有准确度高、速度快、鲁棒性好等优点,被广泛应用于逆向工程、生物医疗、文物修复和人脸识别等领域,具有重要的理论意义和研究价值。随着科学技术的迅速发展,准确、高效地对目标进行三维重建的需求逐渐增加,高精度结构光三维重建成为未来的研究热点。本文主要研究了基于空间编码结构光的三维重建算法及其实现,主要工作如下:(1)研究了结构光空间编码技术。针对传统彩色条纹编码方法不适用于颜色复杂的物体、条纹解码存在依赖性等问题,提出了一种由单色正弦条纹图案和伪随机点图案构成的结构光模式。该模式是一种使用两种颜色的结构光图案,两种图案分别由两种不同的颜色通道进行编码,结构简单,易于解码。该模式的单色条纹不需要利用颜色信息进行识别,而是通过条纹周围的伪随机点分布情况来进行识别,避免了物体本身颜色对条纹识别的干扰。此外,通过伪随机点图案的空间相似度来对条纹进行识别,使条纹解码不存在依赖性,提高了条纹识别的准确率。(2)研究了结构光解码技术。针对传统结构光空间编码方法因编码限制导致重建三维数据稀疏的问题,提出一种基于相位的高分辨率结构光解码算法。首先准确提取条纹中心点,利用伪随机点图案的空间相似度对条纹中心点进行匹配,并根据顺序一致性约束,提出一种动态规划算法剔除错误匹配点;然后,利用傅立叶变换求取相邻条纹之间像素点的相位信息,提出基于局部相位匹配算法对相邻条纹之间的所有的像素点进行匹配,并对匹配点进行优化获取亚像素级视差;最后,计算所得匹配点的三维坐标,获得被测物体的稠密三维重建结果。(3)研究了基于空间编码结构光的三维重建技术。设计并实现了一套结构光三维重建系统。首先,基于单目相机标定方法和双目系统标定方法,实现了结构光三维重建系统的标定模块,可以简单、快速地对结构光系统进行标定,获取结构光系统的参数;然后,基于三角测量原理,实现了该系统的三维重建模块,利用提出的结构光图案对被测物体进行三维重建,可以快速、准确地获得物体表面的三维数据;最后,对重建得到的三维点云数据进行简单去噪处理,并实现了三维重建结果的可视化。