相位格雷码三维测量方法

作     者：贾晓扬 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于双

授予年度：2023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：三维成像 结构光 二进制码 格雷码 相位格雷码 

摘      要：近几年,人类对获取物体三维信息的需求陡增,促使三维成像技术蓬勃发展。编码结构光技术以其高分辨率、宽场成像和高效率的优点而成为光学非接触三维成像的研究热点,其在工业制造、逆向工程、产品检测等领域被广泛应用。编码结构光可以分为数字码编码和模拟码编码,数字码相比模拟码具有更高的抗干扰能力,其中,数字码以二进制码和格雷码为主要编码方式。与二进制码相比,格雷码相邻码字之间仅有一位发生变化,抗干扰能力更强,格雷码技术可以测量高度剧烈变化或不连续的表面,因而成为目前最具实用性的光学三维成像方法之一。但是,传统格雷码采样强度进行编解码,在实际测量中由于系统本身硬件噪声、测量环境的干扰以及物体表面几何特性等影响必然会导致编码图像畸变,进而产生解码误差。而且,解码误差随干扰增加而增加,以至三维测量出现粗大误差,致使测量结果不可用、测量失去意义。为了提高编码图像的抗干扰能力,本文提出一种相位格雷码编码方法,其中采用相位进行编解码来提高抗干扰能力,通过理论分析建立相位格雷码编解码模型,形成一种高抗干扰能力的相位格雷码三维测量方法。首先,分别研究数字码中应用最广泛的二进制码和格雷码的三维成像方法,分析两种数字码编解码原理,建立基于光学三角法的三维成像模型,采用3Dmax仿真软件,搭建仿真三维成像系统,并采用该系统针对二进制码和格雷码三维成像方法进行仿真成像实验。然后,提出一种高抗干扰能力的相位格雷码三维成像方法,具体阐述其编解码原理,采用所搭建的三维仿真系统分别针对二进制码、格雷码和所提出的相位格雷码方法进行仿真对比实验。最后,搭建结构光三维成像实验系统,建立表达编码图像解码值与被测表面空间三维坐标之间关系的数学模型,采用该系统基于二进制码、格雷码和所提出的相位格雷码方法,分别针对具有典型表面的石膏板和石膏球以及具有复杂表面的花瓶、面具、人手和金属铸件,进行实际三维成像实验。