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类镜面物体的三维重建关键技术研究

类镜面物体的三维重建关键技术研究

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作者：钟建平广西师范大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：条纹反射法三维重建梯度积分类镜面测量

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基于双目视觉与条纹反射的类镜面检测技术研究

基于双目视觉与条纹反射的类镜面检测技术研究

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作者：朱立新广西师范大学

学位级别：硕士

随着工业技术的快速发展,使用镜面及类镜面物体的工业产品越来越多样化,同时对产品的加工和测量精度提出了更高的要求。在现有的许多检测设备中使用图像记录产品拍摄目标物,将其转为图像信息进行处理的方式只能得到二维信息,而无法得到... 详细信息

随着工业技术的快速发展,使用镜面及类镜面物体的工业产品越来越多样化,同时对产品的加工和测量精度提出了更高的要求。在现有的许多检测设备中使用图像记录产品拍摄目标物,将其转为图像信息进行处理的方式只能得到二维信息,而无法得到深度信息。因此,高效、准确的三维形貌测量技术正随着类镜面物体应用需求的加大而成为研究热点。双目视觉法具有结构简单、测量速度快等优点,但在类镜面物体检测领域存在特征点匹配困难等不足;而条纹反射法利用条纹相位与梯度的关系获取待测物体三维信息,常常用于对高反射性物体表面进行检测。本文主要结合两类方法的优缺点,针对双目视觉和条纹反射技术对类镜面物体表面重建和类镜面表面的质量检测方面进行研究。主要研究内容包括:(1)详细的介绍了双目视觉和条纹反射测量系统中的相机标定和系统标定的技术实现原理,针对相机无法直接采集到显示屏靶标的情况,利用基于镜面反射的相机标定技术确定相机坐标系与显示屏坐标系的坐标转化关系,并结合MATLAB工具箱实现了双目相机标定。(2)介绍了相移法获取物体表面相位的实现原理,介绍并分析了各类相位解包裹技术,选用基于质量图的路径跟踪算法完成包裹相位的展开,该方法能有效的抑制相位误差的线性叠加,相较于全局解包裹技术,该算法计算时间短,效率较高。(3)介绍了利用掩膜法确定检测物体的有效范围,利用极线约束和表面法向量唯一性约束确定表面法向量,并利用southwell积分重建算法对推导出来的梯度数据进行计算,获得待测物体表面的深度信息。(4)搭建基于双目视觉和条纹反射系统的实验平台,对高反光性的凹球面反射镜进行测量,通过拟合的实验数据与标准数据对比,分析其面型的重建效果,验证精度达到微米量级。并介绍了条纹反射法在类镜面物体表面缺陷检测中的应用,提出两种不同类型的改进型缺陷检测方案。

关键词：条纹反射法双目视觉三维重建梯度积分类镜面测量

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