【摘 要】
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结构光三维扫描技术的原理是通过激光器发出的光投向被测物体,在物体表面上形成检测光带图形,通过图像采集和处理技术对光带的坐标进行提取,从而得到物体表面的二维断面信息,
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结构光三维扫描技术的原理是通过激光器发出的光投向被测物体,在物体表面上形成检测光带图形,通过图像采集和处理技术对光带的坐标进行提取,从而得到物体表面的二维断面信息,当激光和摄像机相对于被测物体移动时,就能获取被测物体的三维轮廓。为了提高现有结构光系统的扫描频率,本项目提出了多条光带的激光扫描测量技术,在采集处理模块处理速度和相机输出频率不变的条件下,极大地提高断面扫描频率,以满足钢轨断面车载检测等高速应用场景。论文首先介绍了激光三角测量方法和双目立体视觉测量方法的基本原理,说明了单个相机测量多条光带时遇到的光带序号区分的问题；针对这个问题给出了基于立体机器视觉的结构光扫描系统工作的总体方案。然后对本文的主要内容分成几章进行详细的介绍,包括硬件设计与图像处理算法,软件系统设计,以及系统标定原理和实验验证。硬件设计与图像处理算法主要介绍了结构设计和硬件采集的设计,以及FPGA对五条光带的提取算法,移植在FPGA上后,硬件采集分辨率为1280×1024的图像时,帧频能达到300fps,采集断面速率为每秒1500断面。软件系统设计依靠DALSA公司提供的Sapera LT类库和MFC开发环境进行编程,实现对图像的设置、缓存、绘图和坐标数据的保存等功能。系统标定包括对双目立体视觉参数的标定和结构光三角测量参数的标定。对双目立体视觉参数的标定采用张正友标定法,对结构光三角测量的参数标定采用拟合的方式获取方程式中未知参数的解。通过系统测试,得到系统的采集速率达到每秒1500断面；系统光带区分的正确率可以达到98.26%；在标定的测量范围内,平均误差小于3mm。系统运行稳定,达到了预期要求。
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