基于数字相移和双目视觉的非朗伯体表面测量方法研究

在机械制造、文物保护和质量控制等领域，光学元件表面、喷涂车身、抛光模具、镜面、飞机座舱透明罩等非朗伯体表面的精确测量需求日趋强劲，同时也对面向漫反射表面测量的传统结构光技术提出了新的挑战。为此，本项目以数字相移和双目视觉技术为基础，运用光路跟踪理论，提出一种用于镜面物体和透明物体等非朗伯体表面测量的新原理和新方法。针对镜面物体，根据入射光、反射光和镜面法向共面的几何关系，建立多视图之间的表面法向和深度约束模型；将此模型扩展至透明物体，研究基于显示器前后移动的光路跟踪算法，研究透明物体前表面和后表面的几何外形测量方法。研究基于人工编码点的多视场点云面片精确配准方法；研究基于孤立区域检测和坐标一致性检测的点云模型虚假信息删除方法。通过本项目的实施，突破镜面和透明体表面测量中所涉及的关键技术问题，克服现有测量方法需要喷涂被测物表面、适用性单一等缺陷，提升非朗伯体表面的测量精度和效率。

在机械制造、文物保护和质量控制等领域，光学元件表面、喷涂车身、抛光模具、镜面、飞机座舱透明罩等非朗伯体表面的精确测量需求日趋强劲，同时也对面向漫反射表面测量的传统结构光技术提出了新的挑战。为此，本项目以数字相移和双目视觉技术为基础，运用光路跟踪理论，提出一种用于镜面物体和透明物体等非朗伯体表面测量的新原理和新方法。研究了基于平面镜的相机与显示器标定方法；针对镜面物体，根据入射光、反射光和镜面法向共面的几何关系，建立多视图之间的表面法向和深度约束模型；将此模型扩展至透明物体，研究基于显示器前后移动的光路跟踪算法，研究透明物体前表面和后表面的几何外形测量方法；研究基于人工标志点的多视场点云面片精确配准方法。实验结果表明，对于镜面表面，本项目提出的方法可获得RMS约为0.574mm的测量精度，对于透明体，可获得RMS约为1.271mm的测量精度。本项目的实施，为非朗伯体表面测量提供了新的方法和技术手段，克服现有测量方法需要喷涂被测物表面、适用性单一等缺陷，拓宽了非接触测量方法的目标适应范围，在一定程度上促进了我国在产品数字化表示与建模方面的研究与发展。