镜面反射物体光学三维测量技术研究

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光学三维测量技术以其高精度、高效率和非接触的优点,已经在工业以及民用领域得到广泛的应用,但是其技术主要是针对漫反射物体的测量。同漫反射物体的测量技术相比,镜面物体光学三维测量技术的发展还不成熟、其技术研究已严重滞后于需求的快速增长。仅就国内而言,目前尚未开展相关的研究工作。因此,本论文以镜面物体光学三维测量技术为研究目标,有一定的理论意义和实用价值。论文主要内容包括: 1.镜面物体光学三维测量技术综述本文首先在模型上分析了镜面物体和漫反射物体之间的差异,以及反射模型对镜面物体光学测量的影响。在此基础上,本文对现有镜面物体光学三维测量技术的原理和技术特点做了概述,为本文的研究工作提供了基本的技术参照和研究策略。 2.“基于平板显示器移动的镜面物体三维测量新方法”的提出现有测量镜面物体三维面形的条纹投射技术,一般需要获取被测物面的梯度的信息,存在计算复杂性大的问题。为此,本文提出了一种新的测量方法:采取让投射器件做特定方向的运动,获取不同投射位置下的多组相位数据。由这些相位数据,通过对入射光的反向追踪,直接测量被测物体的面形。根据该原理,本文对测量系统做了详细的几何分析,推导了被测点三维坐标的计算公式,并通过数值模拟分析了该测量原理的各种误差因素。 3.镜面物体三维测量条纹图像分析技术研究本文综合分析了相位分析技术,尤其是包裹相位的去包裹问题。在此基础上,采用变频条纹投射与时域相位去包裹技术实现了绝对相位的求解,并能克服条纹图像的严重多义性带来的困难。由于三角测量方法固有的问题,将造成条纹图像中出现阴影、暗背景等情况,这类区域中的相位数据是无意义的,为了去除这类无效数据,本文采用了基于调制度自动分割技术,自动识别测量有效区域。实验验证了这些技术为镜面物体三维测量中的条纹图像处理找到了很好的解决方案。 4.测量系统的构建根据本文提出的测量原理,构建了实际测量系统。该系统选择液晶显示屏幕作为条纹投射设备;选择CCD摄像机作为条纹图像记录设备;并利用导轨使得显示屏幕做特定方向上的运动,在不同位置投射条纹。利用该系统,对平面反射镜和凹面镜进行了实际测量。测量结果验证了本文新方法的正确性。 最后,本文根据课题的研究工作和实际测量经验,指出了下一步研究需要开展的工作和建议。
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