数字相移条纹投影三维曲面测量几个关键问题研究

数字相移条纹投影三维测量是近年来发展起来的一种曲面三维测量技术，它不需要精密的机械传动装置或坐标传递奖，不需要扫描，可以实现大型复杂曲面便携式、较高精度、快速非接触三维测量。目前对该方法的研究主要集中在如何提高三维测量的计算速度、主值相位场提取、相位去包裹等方面，而对其中存在的非线性问题缺乏系统深入研究，而这几个关键问题对测量结果会产生重要影响。本项目主要针对这些非线性问题开展研究，包括数字相移条纹投影三维测量系统的非线性建模与标定，数字投影与数字成像的非线性效应、非线性效应对主值相位场提取及相位去包裹的影响，测量系统非线性校正算法等。通过本项目研究为进一步解决汽车大型覆盖件及其模具三维测量、逆向工程及其它相关领域的复杂曲面三维测量存在的问题提供更系统的理论和方法，研究结果具有重要的理论意义和重大的实用价值。

近年来，三维测量技术在机械制造、质量控制、生物医学工程、机器视觉和机器人导航等领域得到了广泛应用。数字相移条纹投影三维测量是近年来发展起来的一种曲面三维测量技术，它不需要精密的机械传动装置或坐标传动件，不需要扫描，可以实现大型复杂曲面便携式、较高精度、快速非接触测量。. 本项目在分析研究国内外相关技术和文献的基础上，针对目前存在的问题，采用理论分析与实验研究相结合的方法，对数字相移条纹投影三维测量及三维相机环境感知中的关键问题进行了较深入系统的研究，取得了一些有价值的研究成果。. 首先，在前期研究的基础上，考虑三维测量系统非线性畸变，建立了数字相移条纹投影三维测量系统的非线性模型，并据此模型构建了三维测量实验装置。. 针对三维测量系统中存在的影响测量精度的各种因素，如CCD摄像机的非线性畸变、投影系统非线性效应等，研究了非线性畸变图像的校正和投影系统非线性效应补偿算法，从而显著提高三维测量的精度。. 采用不同的相移法会使数字相移条纹投影三维测量产生不同的误差，通过分析比较发现四步相移法和五步相移法法可以有效减少系统的相移误差；同时不同相移法产生的测量误差并非是随机误差，存在一定的规律，呈现周期性分布，而且和投影条纹数以及条纹的相位有密切的联系。. 通过测量系统非线性畸变校正研究提出了一种减小系统非线性因素所导致的三维测量误差的方法，先测量标准平面得到变形后的结果，再进行优化计算得到测量系统非线性畸变因子，然后较好地实现测量系统非线性畸变校正。. 最后，由于基于光学、图像与视觉理论的三维测量技术快速发展，本项目研究增加了对基于3D相机的三维环境感知等方面的内容，在未知环境下机器人三维环境感知、控制系统实时性、多轴同步运动控制等方面取得了一些理论和应用研究成果。. 通过本项目研究为进一步解决复杂曲面三维测量、逆向工程、机器人导航及其它相关领域存在的问题提供较系统的理论和方法，研究结果具有一定的理论意义和较大的实用价值。