【摘 要】
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三维重建技术在制造业、医学、考古发掘和仿生设计等领域具有广泛应用。其中,基于条纹投影的非接触式光学三维重建技术,以其测量速度快,精度高,抗干扰性以及鲁棒性等优点,最具有应用前景。静态物体三维重建技术已日渐成熟,如今,越来越多的需求是对某个场景下的物体进行实时重建,而现实场景中的物体大多是运动的,因此,如何快速且高精度地重建运动物体的三维形貌成为研究热点。为了解决这一核心问题,本文提出了一种基于单幅
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三维重建技术在制造业、医学、考古发掘和仿生设计等领域具有广泛应用。其中,基于条纹投影的非接触式光学三维重建技术,以其测量速度快,精度高,抗干扰性以及鲁棒性等优点,最具有应用前景。静态物体三维重建技术已日渐成熟,如今,越来越多的需求是对某个场景下的物体进行实时重建,而现实场景中的物体大多是运动的,因此,如何快速且高精度地重建运动物体的三维形貌成为研究热点。为了解决这一核心问题,本文提出了一种基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建方法。该方法只投影单幅条纹,相较于传统的方法,投影条纹数量少,解决了投影仪和相机的同步问题,提高了重建速度,且相移由物体的运动引入,根据相位与物体运动的关系,解决物体运动导致重建出错的问题,重建结果精度高,本文主要的研究内容和取得的成果包含以下几个方面:1.在深入理解基于正弦波条纹投影技术的基础上,讨论了运动物体重建过程中,采用传统方法计算相位出错的原因。利用尺度不变特征转换算法（SIFT:Scale Invariant Feature Transform）跟踪物体运动。为了获取用于SIFT算法的纯物体图像,投影彩色条纹图,通道分离得到的纯物体图像应用SIFT算法提取物体表面的特征点。2.提出一种运动物体相位提取方法,投影单幅条纹图,条纹图之间的相移由物体运动引入。用旋转平移矩阵描述物体在平面上的二维运动,建立起物体运动前后的位置关系。分析了基于单幅图投影条纹相位与物体运动引入相移之间的关系,根据动态场景下的物体表面投影条纹表达式,推导出了运动物体相位提取公式。其中,利用奇异值分解（SVD:Singular Value Decomposition）计算旋转平移矩阵。3.重建表面不连续或者起伏过大的物体时,为了计算出正确的解包裹相位,采用双频相位解包裹方法,由于双频相位解包裹方法要求相机捕获到的高频和低频条纹图中物体位置需一致,因此,提出一种双频相位解包裹误差补偿方法,对高低频物体相位的误差进行补偿,获取正确的物体解包裹相位。本文提出的方法主要分为条纹生成与投影、运动跟踪、相位误差补偿、相位解包裹、三维重建五部分。为了验证所提方法的准确性,进行了仿真和实验,并计算均方根误差作为定量分析的指标。
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