非对称组合式时间编码光三维测量方法与关键技术研究

视觉测量是三维测量的重点发展方向，结构光法最具实用性和发展潜力。其中编码光因快速和勿需扫描而成为发展趋势，而时间编码光因精度高而备受青睐。数字编码和模拟编码各有特点，将两者相结合成为发展方向和研究热点。.本项目提出了非对称组合时间编码方式，其特点是数字码节距与模拟码周期为非整数倍关系、数字码跳变点位于模拟码相位误差最小的位置，从原理上消除了数字码跳变附近解码错误的影响、所导致的解码误差为零，保证了组合式时间编码方法能达到模拟码的解码精度。采用格雷码和梯形相移法实现了非对称组合式时间编码光三维测量，其中三步梯形相移码用算术运算替代正弦相移码的反正切运算而具有速度快的优点、将强度空间扩展了6倍而提高了抗干扰能力。颜色重建利用三维测量数据进行颜色校正，消除景物表面几何特征和图像采集器相对姿态位置的影响。上述研究成果将为三维视觉测量提供新原理和技术，有助于提高三维视觉测量技术水平和拓展其应用范围。

视觉三维测量技术是目前三维测量领域的重点发展方向，其中结构光法被公认为最具实用性和发展潜力。由于数字码和模拟码两者的优缺点恰好互补，将两者组合起来成为结构光的研究热点和迈向实用化的有效途径。但是，如何将数字码和模拟码进行组合来实现高采样密度和高分辨率以及高测量准确性的目的，这其中有诸多的理论和实践问题需要加以解决。因此，本项目针对非对称组合式时间编码光三维测量方法与关键技术进行了深入的理论和实验研究。..完成了规定的研究内容，包括不同编码之间新的非对称组合方式研究;非对称组合时间编码光三维测量方法研究；非对称组合编码光三维测量装置研究；基于景物表面三维几何信息的颜色校正研究；编码图像自适应阈值带二值化方法、面向结构光三维数据特点的三维表面重建算法、基于两组正交的非对称组合图案的标定方法等关键技术研究；非对称组合颜色编码光三维测量方法研究；中国剩余定理(CRT)工程求解方法及其在组合编码光三维测量中的应用研究。..获得了规定的预期研究成果，包括提出了一种新的两种编码光之间的非对称组合方式，即它们的周期不等且两者跳变点不重合，消除了组合导致的粗大误差，即可直接用来解决相位展开问题也可用于其他相位展开方法中，如已用于基于CRT的多频模拟码相位展开中，相比原有技术克服了粗大误差、提高了实用性；提供了一种采用格雷码和三步梯形相移图案实现非对称组合的编码光三维测量方法，达到模拟码测量准确度，而且梯形相移编码替代原正弦相移编码提高了测量速度和抗干扰能力；提供了一种基于三维信息进行颜色校正的颜色重建方法，在硬件标定校正颜色的基础上，利用三维测量数据消除了景物表面几何特征对颜色重建的影响；提供了一套非对称组合编码光三维测量装置及其标定方法，具有量程大、像素级采样密度和分辨力的优点，同时达到了单独一种编码光测量准确度的水平。..随着现代测量技术的飞速发展，景物相位图测量已经成为仪器科学领域基本的科学问题和技术难题之一，本成果针对多频相位展开提供了一种有效的解决方案，解决了其中的理论问题和关键技术。成果可直接应用于自适应光学、光学测量、图像处理、大地测量、雷达等诸多技术领域，在制造业、航空航天、军事、国土资源、医学、娱乐、服装、文物考古等众多行业具有广泛应用。