基于光弹性条纹的结构光的三维重建研究

作     者：陈冠军 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶波

授予年度：2020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：结构光 三维重建 光弹性条纹 六步相移法 径向压缩圆盘理论 相位解缠绕 

摘      要：目前,计算机视觉技术广泛应用于多种领域之中,其中结构光的三维重建技术以其精准无损的特点吸引了大量的研究学者。一般来说,基于结构光的三维重建技术是通过解读栅线条纹的畸变获取物体的三维信息,此法融合了光学、图像处理和计算机视觉等多种领域的技术手段,能够快速实现物体的三维重建,具有广阔的应用前景。本文根据光弹性技术和结构光的三维测量方法,研究设计出一种基于光弹性条纹的结构光的三维重建方法,主要的研究内容和完成的工作概括为以下几个方面:(1)针对结构光系统的类型和测量原理进行了介绍,并对结构光系统中的物理模型和坐标系的转换进行了叙述,阐述了相机标定的原理,并完成了相机标定的工作。(2)介绍了光弹性技术中所涉及的基本概念和理论,利用琼斯矩阵推导出相移法在圆偏振光场中的光强计算公式,并对径向受压圆盘模型在圆偏振光场中的光弹条纹进行模拟仿真和实验。(3)设计了一种采用计算机生成的光弹性条纹进行三维重建的工作流程,分析讨论了缠绕相位的获取和相位解缠绕的方法,随后搭建试验平台对提出的方法进行检验,实现了数字光弹性条纹的三维重建工作。(4)构建了使用光弹仪作为投影装置的三维重建系统的模型,分析讨论了光弹性材料的选取,完成了三维重建工作流程的设计工作和试验平台的搭建工作,使用阶梯模型和半圆柱模型对系统的性能进行测试,检验了结构光系统的有效性与本文所提出的方法的可行性。