基于结构光实时三维信息获取技术的研究(可复制论文).pdf

摘要计算机视觉要达到的最终目标是实现利用计算机对三维景物世界的理解,即实现人的视觉系统的某些功能,如对物体三维表面的形状、距离、速度等的感知。计算机视觉的本质就是利用二维投影图像来重构三维物体的可视部分。本文“基于结构光的实时三维信息获取技术的研究”,其内容是通过手持待测物体在投射有时空编码光场中做多角度自由旋转,并实时成像,实现重建物体三维信息。这一方法可以有效地保证重构的完整性,并且有较高的重建精度与效率,有着广泛的应用背景。本文概述了三维信息获取技术的发展,重点归纳了主动式三维信息获取的各种技术方法。论文的主要研究工作包括实时三维信息获取、系统标定和多视场三维信息的配准。针对传统结构光系统中投影仪与摄像机平行摆放的限制,本文根据光平面的概念,利用光平面的约束关系替代平行摆放的几何约束关系,在此基础上建立了无约束光平面数学模型,设计了标定方案,在理论分析标定误差的基础上总结出标定点选取准则。本文设计了更为高效的条纹时空编码光以保证对运动物体的实时三维信息获取。为了获得全视场三维信息,本文利用改进的最近点迭代算法瓿啥喑【靶畔⒌呐渥肌B畚母隽烁鞑糠值南喙厥笛榻峁分析,并最终给出了三个实物三维重建的实验结果,用于验证本文研究方法的可关键词计算机视觉;三维信息获取:结构光;光平面:最近点迭代算法上海人学硕士学位论文摘要行性。
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本论文使用授权说明原创性声明生匝日期垫箜丑盟本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同~工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑签名:以公布论文的全部或部分内容。
第一章绪论引言三维信息获取技术发展现状计算机视觉发展的最终目标是使其能够替代人类实现与周围环境的信息交换,这促使了计算机视觉的不断发展。计算机视觉的主要研究内容是从图像或图像序列中获取对世界的描述。根据应用的不同,从图像中获取的描述也不尽相同。如在娱乐产业中利用计算机视觉技术来构造建筑物的三维模型时,人们关注结构而忽略了运动信息。这些模型可以应用到实际建筑物无法使用的场合,如火灾、爆破等场合。当这种技术束控制移动机器人时,人们一般关注运动,而将结构舍弃。在医学、军事领域利用计算机视觉则可获得更形象的可视化信息,而在这种多的应用中的核心问题之一是如何获得三维信息。三维信息获取常用的方法有立体视觉⒋觴信息中恢复三维信息、结构光法、飞行时间法取U庑┓椒ù蠖嗍钦攵跃蔡勘辏凳钡娜映〉娜畔⒒袢》法研究的相对较少。物体表面实时三维信息获取要求有较快的数据采集和处理速度,一方面要求系统硬件采集速度要快、分辨率高、成像清晰:另一方面要求采集算法要简单、重建算法需要的三维信息尽量少,以减小计算量。现代科学技术的发展为实时三维信息获取提供了发展的基础。各类微光电元器件的快速发展给三维信息获取提供了廉价的图像采集器件、专业光源和处理器,如数字摄像机、电脑、激光器、投影仪等。因此物体的实时三维信息获取已经成为了计算机视觉和机器视觉领域中的一个研究热点。计算机视觉作为一交叉学科,其特点决定了它的发展是一个长期的过程,除了它自身理论的不断完善之外还需要相关领域研究不断地突破和创新。早在年代中期,麻省理工学院人工智能实验室吸引了国际上很多知名学者参与计算机视觉的理论、算法、系统设计的研究。,以、和热宋4上海大学硕士学位论文第一章绪论
表的一些研究者提出了一整套计算机视觉计算的理论来描述视觉过程,其核心是从图像恢复物体的三维形状⋯。此理论已成为了现代计算机视觉理论的基石。随着三维信息应用领域的扩大,三维信息获取成为了计算机视觉的研究热点。如近期有关欧盟第六框架招标项目建议中就有十几个主题与此相关。美国有奥克兰大学”⒙槭±砉ぱг骸!薄⑴υ即笱石溪分校戎Ц氖笛槭遥以及福特公司等大型制造企业所属的研究机构从事相关研究。国内,有川大。“、清华“”、天大“榷嗨笱е械难芯啃∽榭U寡芯抗ぷ鳌三维信息获取技术可以分为接触式和非接触式,如图所示。基于光学的非接触式三维信息测量主要分为主动式和被动式两种。被动式方法是不使用专门的光源对物体进行照明。被动式方法中立体视觉欠抡杖死嗬用双目感知距离的方法,实现对三维信息的感知。运用二个或多个摄像机对同一景物从不同位置成像,通过对同一点在不同视场图像上的几何刺应关系实现三维信息的获取”5愕