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万方数据 万方数据 Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M. Eng Three-Dimensional Vision Measurement Of Complex Shapes Candidate: Li Jijiang Supervisor: Prof. Lu Jun Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Control Theory and Engineering Date of Submission: Dec. 24, 2013 Date of Oral Examination: Mar.9, 2014 University: Harbin Engineering University 万方数据 万方数据 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的 全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一 署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后）由哈尔滨工 程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 导师（签字）： 日期： 年 月 日 年 月 日 复杂形 复杂形体的三维视觉测量 哈尔滨 哈尔滨工程大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 结构光视觉测量系统采用一个投影仪代替双目视觉系统中的一台摄像机，主动投射 光模式，光模式经过场景调制后，由摄像机捕获场景调制图，对捕获的模式图像进行解 码，与投射模式特征量匹配，找出各个对应点，利用三角原理，完成三维重构。 结构光视觉测量系统能有效解决双目立体视觉测量匹配难的问题。采用的是主动投 射的方式，投影仪投射模式特征已知，只要对捕获图像进行解码即可得到两幅具有对应 关系的模式图像，利用编码的特征量可准确找出对应匹配点。 结构光视觉测量被认为是最可靠的三维测量技术之一，本文研究采用基于正弦光栅 的时间编码方法，利用正弦光栅绝对相位作为特征量，编解码该特征量，由于正弦光栅 绝对相位具有唯一性，以该唯一性作为匹配的依据，寻找对应点。采用三步相移光栅法 投射物体，投射光栅分为水平和竖直两个方向，捕获场景调制后的图像，求出包裹相位 图，对包裹相位图进行解缠，得到绝对相位图，由绝对相位图的相位特征寻找对应点。 由于复杂形体表面深度信息更繁杂多变，相位解缠错误或误差更易出现，解缠难度 大。而相位解缠的精度和速度直接关系到最后测量的精度和速度，所以本文着重研究了 相位解缠的算法。主要研究内容包括： 首先，概述了三维视觉测量的常用方法与原理，进而引申到相位测量中的相位解缠， 对现有相位解缠算法进行分类归纳。总结出这些算法各自的优缺点，分析其理论依据与 实践中算法鲁棒性和速度，为新算法的提出奠定基础。 其次，研究了质量图引导解缠算法的优化。质量图引导法是比较通用的高精度解缠 算法，但其处理较大图像十分费时。采用优先级队列、索引链表等处理解缠次序，可有 效降低算法的时间复杂度，减少处理时间。 再次，设计两种新的相位解缠算法。一种是螺旋形由点到面解缠法；一种基于构造 边解缠法，由相邻两像素质量值构造水平与竖直权值边，根据边权值的大小引导相位解 缠。解缠过程以两像素点所构成边为单位，逐次解缠所有像素点，有效解决了由于区域 不连续、测量遮挡或环境噪声对解缠精度的影响。 最后，利用绝对相位唯一性，确定点在投射模式中的位置，生成匹配点坐标矩阵， 进行三维重构。利用实验结果对比验证上述算法的有效性。 关键词：相位解缠；相位测量；结构光；编码；解码 ABSTRACT Structured light vision measurement system uses a projector instead of a came