光栅投影三维精密测量

前言

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三维测量技术发展现状

1.2.1 接触式三维测量

1.2.2 非接触式三维测量

1.3 光栅投影法关键问题分析

1.3.1 系统光学结构

1.3.2 条纹图像处理

1.3.3 发展趋势

1.4 本书内容概述

第二章 视觉测量中的图像处理

2.1 圆标识点的识别

2.1.1 圆标识点识别方法分析

2.1.2 实用的圆标识点识别方法

2.1.3 检测可能的标识点

2.1.4 验证疑似点

2.1.5 圆标识点识别实验

2.2 圆标定点的定位

2.2.1 一种求圆标识中心亚像素级边缘定位算法

2.2.2 椭圆目标的亚像素级边缘定位方法研究

2.2.3 圆形目标精密定位方法的研究与应用

2.3 本章小结

第三章 摄像机标定

3.1 标定简介

3.1.1 参考坐标系简介

3.1.2 摄像机的针孔模型

3.1.3 摄像机的畸变模型

3.1.4 射影几何的基本知识

3.1.5 摄像机标定综述

3.2 圆心数据的坐标匹配

3.3 基于固定参数和可变参数的摄像机标定

3.3.1 固定参数的标定

3.3.2 可变参数的初标定

3.3.3 可变参数的非线性优化

3.3.4 标定算法总步骤

3.3.5 实验

3.4 基于两个相同圆的摄像机标定方法

3.4.1 内参的确定

3.4.2 外参的确定

3.4.3 实验

3.5 本章小结

第四章 光栅投影法——视觉测量系统模型

4.1 主动式视觉测量

4.2 经典光栅投影系统模型

4.2.1 相位的获得

4.2.2 物点高度的获得

4.3 新的系统模型

4.3.1 θ（Xc，Yc，Zc）关系式

4.3.2 （m，n）-（Xc，Yc，Zc）关系式

4.4 系统标定

4.4.1 标定原理

4.4.2 标定步骤

4.5 实验

4.5.1 系统构建及标定

4.5.2 实例测量

4.6 本章小结

第五章 视觉测量系统的自校正

5.1 DLP数字投影仪

5.2 正弦光栅的投影研究

5.2.1 投影系统光路

5.2.2 空间投影光栅的非正弦性

5.3 相位自校正

5.3.1 θp-θs映射关系的建立

5.3.2 Is的校正

5.4 实验

5.4.1 实验一：光栅自校正

5.4.2 实验二：解相位结果

5.5 本章小结

第六章 视觉测量中的条纹图像处理——解相位

6.1 解相位的基本原理

6.1.1 四步相移法

6.1.2 解相位

6.2 中心摄动法

6.2.1 中心条纹摄动

6.2.2 摄动条纹解相

6.2.3 其他条纹解相

6.2.4 误判处理与仿真

6.2.5 实验

6.2.6 小结

6.3 基于标志线的解相位方法

6.3.1 标志线的设置和获取

6.3.2 利用标志线进行相位展开

6.3.3 实验及分析

6.3.4 小结

6.4 基于错位条纹的三维测量方法

6.4.1 错位条纹法原理

6.4.2 错位条纹法解相位

6.4.3 实验

6.4.4 小结

6.5 本章小结

第七章 多视角的三维测量——拼接方法研究

7.1 空间动态分层的拼接算法

7.1.1 三维拼接数学模型的建立

7.1.2 特征标识点的处理

7.1.3 空间数据动态分层

7.1.4 求解转换矩阵

7.2 三维点云拼接算法的比较和分析

7.2.1 拼接算法及改进

7.2.2 拼接算法的误差分析

7.3 实验

7.4 本章小结

第八章 三维点云处理

8.1 三维点云的孔洞填充

8.1.1 B样条曲面定义

8.1.2 散乱点参数化

8.1.3 迭代逼近拟合曲面

8.1.4 实验

8.2 三维点云的自适应精简

8.2.1 三维点云的栅格化

8.2.2 曲率的计算和点的提取

8.2.3 实验

8.3 本章小结

参考文献

2100433B

光学三维测量技术以现代光学为基础，融光电子学、图像处理、图形学等为一体，是科学技术飞速发展所催生出的现代测量技术。基于条纹投影的三维测量方法通过将一定规则的光栅条纹投影到物体表面，对获取到的条纹图像作为三维信息的载体加以分析，由视觉原理得到物体的表面信息。《光栅投影三维精密测量》从构建条纹投影三维测量系统的角度，对视觉图像处理、摄像机模型、系统结构、标定方法、光栅相位校正、快速解相位、点云拼接与处理等诸方面的关键问题进行研究和分析，给出了新的方法和思路，旨在提高三维测量系统的整体性能。

《光栅投影三维精密测量》可用作从事光学三维测量、机器视觉等领域的科研人员和研究生的参考书。

光栅：光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的】，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。

数显投影仪光栅尺

光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。

光栅尺：其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。光栅尺广泛应用于数显投影仪、影像测量仪、工具显微镜、二维测绘仪等等仪器产品上。

《投影光栅3D显示技术》首先设计并搭建了一套基于柱透镜和狭缝光栅的投影3D显示系统，该系统由投影机阵列、柱透镜光栅、背投影屏、狭缝光栅组成。投影机阵列水平放置并投射出多幅视差图像，经过柱透镜光栅后生成一幅合成图像并显示在背投影屏上，利用放置在背投影屏前面的狭缝光栅的遮挡作用，将合成图像中的不同视差图像分光至正确的视点，从而实现3D显示。再采用ASAP软件进行模拟仿真实验，验证理论设计的正确性。其次，为了进一步提升3D图像的亮度，采用柱透镜光栅代替狭缝光栅对合成图像进行分光，搭建了一套基于双柱透镜光栅的投影3D显示系统。相比基于柱透镜和狭缝光栅的投影3D显示系统，该系统的3D图像亮度提高了近2倍，大大提高了光利用率。同时讨论了投影3D显示系统元件的装配对3D显示效果的影响，包括合图柱透镜光栅和分光柱透镜光栅之间的相对倾斜角度、合图柱透镜光栅的焦平面与背投影屏之间的距离以及分光柱透镜光栅和合成图像像素之间的水平相对位置。