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面向AOI的多频相移三维成像方法研究

面向AOI的多频相移三维成像方法研究

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作者：黎浩文湖南大学

学位级别：硕士

印刷电路板(Printed circuit board,PCB)是电子产品的核心基础构件。目前,电子元器件的尺寸、贴装间距日趋变小,PCB的制造质量控制和瑕疵检测的难度不断加大。自动光学检测(Automatic optical inspection,AOI)技术因具有非接触式、高速... 详细信息

印刷电路板(Printed circuit board,PCB)是电子产品的核心基础构件。目前,电子元器件的尺寸、贴装间距日趋变小,PCB的制造质量控制和瑕疵检测的难度不断加大。自动光学检测(Automatic optical inspection,AOI)技术因具有非接触式、高速、高精度的特点,在PCB制造的产品质量控制中应用广泛。其中基于结构光三维成像的三维AOI技术,相比基于二维图像处理的AOI检测功能更加全面、误检率更低且稳定性更高,已越来越成为电子制造厂商的主流选择。本文主要研究高精度、高鲁棒性的多频相移结构光成像方法,并且对PCB场景中影响测量精度的相位解析、包裹相位展开和高动态范围成像等关键问题进行了研究,主要内容概括如下:(1)多频相移法优化。基于多频外差的时间相位展开法在实际测量受到传感器噪声、镜头失焦或被测物体反射率低等影响,容易导致相位误差累积而产生较大的跳变误差。本文讨论了多频相位展开的三种方法并分别建立误差模型,提出基于频率选取的相位优化,显著抑制了条纹级数跳变误差的发生,从而获得高精度、高稳定性的绝对相位。(2)基于多视几何的绝对相位获取。优化后的多频相移法能够尽可能减少条纹图案投影,然而精度要求较高、复杂光照表面的测量目标要求条纹频率足够高,往往仍需投影较多参考条纹。为了进一步减少条纹投影次数,本文基于多相机条纹投影系统,引入立体视觉原理解决相位歧义性问题,提出一种基于多视点相位一致性、立体极线约束的快速候选点筛除和三维计算成像方法,在兼顾扫描的效率的同时提高了成像点云的可靠性。(3)多相机点云融合。针对印刷电路板元器件遮挡、阴影和表面反射率变化大等问题,相机在不同角度获得的深度或点云数据质量参差不齐,某视角甚至存在数据缺失现象。本文根据结构光成像点云有序化、结构化的特点,提出基于相位质量引导下的多视角点云融合方法,实现多视角信息互补的同时提高了点云的抗干扰能力和稳定性。为了保证成像计算的速度,本文基于GPU并行处理架构,对算法进行并行化设计和软件集成,最终成像速度达1000万点云每秒。通过量块测量,证明了成像精度高达5μm。本文搭建的三维扫描系统能够高精度、稳定、完整地恢复出PCB表面的真实形貌,为三维AOI提供可靠的数据基础。

关键词：相移法多频相位展开相位优化多视立体匹配点云融合

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基于光栅投影的物体表面三维重构方法研究

基于光栅投影的物体表面三维重构方法研究

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作者：王露玲内蒙古科技大学

学位级别：硕士

基于光栅投影的物体表面三维重构方法属于结构光视觉三维测量方法中的一种,是目前应用最广泛的主动式非接触三维测量技术之一。由于该技术具有测量精度高、测量速度快及非接触等优点,所以被广泛应用于工件测量、质量控制、生物医学、磨... 详细信息

基于光栅投影的物体表面三维重构方法属于结构光视觉三维测量方法中的一种,是目前应用最广泛的主动式非接触三维测量技术之一。由于该技术具有测量精度高、测量速度快及非接触等优点,所以被广泛应用于工件测量、质量控制、生物医学、磨具设计、文物保护、逆向工程及机器视觉等领域,故对基于光栅投影的物体表面三维重构方法进行研究具有重要的理论和现实意义。本文以计算机视觉检测理论为基础,采用理论与实验相结合的方法,对基于光栅投影的物体表面三维重构方法进行了研究。论文对光栅投影技术的相关理论基础和研究现状做了介绍,并分析了光栅投影技术的研究热点和难点,结合空间相位展开技术和时间相位展开技术的研究现状和优缺点,指出了基于多频率投影条纹进行时间相位展开技术研究的价值。光栅投影三维测量中的关键步骤是从相位图中准确地求解出绝对相位,在众多相位展开方法中,基于多频投影条纹的时间相位展开方法具有计算速度快、可实现像素点独立相位展开、细节分辨能力较强等特点而得到广泛应用。基于对时间相位展开技术的文献调研,本文采用了一种三频外差解相位算法,该算法提高了多频外差解相对细节的分辨能力,有效地抑制了解相产生的跳跃性误差,且大大减小了解相的非线性误差。选用了合适周期的投影条纹并进行了仿真和实验研究,通过添加扰动和随机误差的两种方式验证了本算法的有效性,并通过实验验证了本算法的准确性。在分析了现有的系统参数标定方法的基础上,本文采用了一种摄像机投影仪联合标定方法,只需一个标准块再结合已知像素信息,就可以得到高度相位映射关系,并通过实验验证了本算法的有效性。通过搭建实验平台,对目标工件进行了三维重构和三维测量,得到了几何参数信息,减小了测量误差,进一步验证了本文所述方法的有效性和准确性,达到了预期目标,研究工作具有一定的理论意义与实际应用价值。

关键词：机器视觉光栅投影多频相位展开系统标定三维重构

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