类镜面物体的三维重建关键技术研究

作     者：钟建平 

作者单位：广西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱勇建

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：条纹反射法 三维重建 梯度积分 类镜面测量 

摘      要：随着检测技术的发展和工业制造精度的不断提高,对二维图像信息的检测在某些场合不能满足质量检测需求。许多场合需要物体三维信息来评估产品制造质量。现实世界中有着许多的类镜面物体,如太阳能聚光镜、太阳能电池硅晶片、汽车喷漆外壳、眼镜镜片、显示屏玻璃面板、笔记本反光外壳和光学反射镜等。获取这些反射性表面的三维信息,对产品生产制造具有指导作用,能帮助改进生产工艺,提高产品质量。因此研究类镜面物体的三维重建技术具有重要意义。基于以上研究意义,本论文主要寻找一种高效、精密、经济的类镜面物体的三维重建技术,分析类镜面物体三维重建流程,并搭建实验设备进行类镜面物体测量。本论文主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)介绍分析了几种常用的物体三维重建技术,对比了几种三维重建方法的优缺点,指出条纹反射法是适用于类镜面物体表面三维重建的方法。深入研究了条纹反射法测量反射表面的原理,对其中的相位获取、梯度获取方法进行了介绍,对梯度积分重建算法进行了详细研究。(2)详细分析了Southwell积分算法原理,提出了一种改进的Southwell算法,将改进算法SouthwellNew和Southwell算法及其它几种算法进行仿真数据重建对比和实验数据重建对比,证明了改进算法在抗噪声性能和重建质量上的优势。(3)根据条纹反射法测量原理,搭建了一套类镜面表面面形测量装置,成功重建了凹球面反光镜的三维形貌,并和标准参数(Taylor Hobson测量获得)对比,其测量误差在0.5%以内。对测量装置的系统误差进行了分析,指出了几种可能引起测量误差的因素。(4)基于传统实验方法,提出了一种针对旋转对称反光面的改进实验方法,明显提高了旋转对称面的三维重建精度。(5)使用搭建的测量装置,对显示屏玻璃面板和笔记本反光外壳等具有反光属性的表面进行了瑕疵检测,使用条纹调制度图成功检测出了表面细小的瑕疵,克服了普通打光方法检测反光面瑕疵中的难点。