基于光栅投影法三维照相系统的研究

作     者：杨海民 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王平江;金健

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：反求工程 三维测量 三维重建 三维照相 光栅投影 光栅平面标定 

摘      要：在工业上,非接触式三维测量通常采用“激光扫描+CCD的模式进行,对测量对象可以采用各种功率的激光进行扫描,并允许任意长时间的扫描测量。从三维测量的结果来看,工业三维测量只要能够得到精确的实物三维信息即可,对测量结果的视觉效果要求不高。然而,如果人像的三维测量也采用“激光扫描+CCD的测量模式,一旦激光的功率稍大,直接射入人眼时便有可能对人眼产生严重伤害,故人像的三维测量不宜采用激光。再有,人像的三维测量不仅要考虑其测量的精度,而且还要考虑测量结果的观赏性和艺术性,即根据人像测量数据进行三维重建,并由几何模型生成激光内雕刻点,再将这些人像的内雕刻点雕刻在水晶玻璃内部时,所表达的人像必须形神兼备。本文即是在该思想的指导下,开展人像三维照相技术研究的。 首先,本文根据光切法三维测量原理,通过理论研究和大量的实验,提出了光栅投影式视觉三维测量方法;文中作者以所开发的主要由光栅投影仪和数码相机构建的人像三维测量系统为例,介绍了光栅投影式三维测量技术。 其次,针对本文开发的三维测量系统,设计了图像摄取的光照控制电路。在系统摄取数字图像时,控制电路根据数字相机控制信号,实现了对投影仪内置投影灯和外置摄影照明灯进行时序控制。 再次,作为三维照相技术的基础,本文介绍了光栅投影式三维照相系统的各项系统参数的标定方法。详细介绍了光栅投影仪(结构光平面)的参数标定技术,并在数码相机和光栅投影仪两者标定的基础上进行了有益的改进,建立了一种精确的三维照相系统的参数标定模型,设计了完整的系统标定方案。 最后,本文介绍了光栅投影式三维照相系统的三维测量软件平台及其相关操作过程。三维测量软件凭借其强大的三维数据处理功能,对测量得到的三维点进行优化处理,得到激光雕刻系统可以直接使用的人物面部三维点群数据。激光雕刻系统可以将人脸的三维图像栩栩如生地雕刻在水晶玻璃内部。