一种新型结构光编码与相移融合的大尺寸复杂曲面的高效测量方法研究

大型复杂曲面三维测量目前存在着测量效率低或精度低的问题，而在诸如大型装备制造中的很多领域目前的检测手段已经严重制约了生产效率的提高，本项目为解决这一问题，提出一种新的基于结构光编码以及相移融合的测量方法，即在二进制编码中增加颜色编码，形成组条纹，从而成倍减少编码投影次数，提高测量速度；为进一步提高测量精度，在编码的基础上融合相移技术可弥补光带间的数据采样点。本课题将利用上述测量的基本原理，结合被测物场扫描方法，同时改进标定方法以进一步提高测量效率和精度，展开大尺寸复杂曲面快速测量技术研究，并开发相应的测量装置原理样机，为解决大尺寸复杂曲面的高效高精度测量问题奠定技术基础，并以大型设备超超临界燃气轮机叶片为具体测量验证对象。

大尺寸复杂曲面三维形貌测量的效率与精度问题是当今研究的热点之一，也是影响企业生产效率提高的重要因素。本项目为解决该问题，提出了一种彩色编码与相移融合的高效测量方法。该方法在二进制编码基础上增加颜色编码，形成彩色组条纹，从而成倍减少编码投影次数，提高了测量速度，而为进一步提高测量精度，在编码的基础上融合相移技术可弥补光带间的数据采样点，实验结果证明了该方法的有效性。彩色信息的引入也带来了颜色串扰、RGB通道错位、彩色信息提取等一系列问题，本项目针对这些问题开展了相关的研究工作，如：通过建立串色模型进行颜色校正、对RGB通道错位补偿等。.为保证测量精度，项目组在标定技术、图像预处理、特征提取等方面进行了大量研究工作。首先，提出了基于射影变换及误差补偿的结构光系统标定方法，提高了含投影仪系统的标定精度；并将光束法平差技术应用于结构光测量系统，以减弱标定物精度对标定精度的影响。同时，为减小投影仪量化误差的影响，设计了新的投影圆生成模型与方法。其次，对特征提取则从图像质量的改善、圆心提取、条纹提取以及可靠性评估等方面进行，通过标定图像的亮度不均匀性自校正、高频降噪、Zernike空间矩及椭圆拟合提取亚像素圆心等技术，保障标定和测量精度。进而，对光滑金属表面测量出现的高光问题，从偏振法、多角度法以及课题组所提出的频率滤波法对高光进行去除并分析其处理的效果。此外，针对多视拼接技术，提出了一种基于球面特征的新拼接方法，不仅可获得更高的拼接精度且克服了ICP拼接易陷入局部极值的缺点。.在上述研究基础上，设计了叶片测量方案及构建了相应测量系统，实现了长叶片的完整形貌测量，达到了研究预期目标。