【摘 要】
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在各行各业中,三维信息的获取手段五花八门,对三维信息的准确度要求也各有标准。使用尺规等仪器设备的传统接触式测量方法已无法适应实际的需要,比如,在极端自然环境下收集物品的三维数据,对脆性材料的物质进行测量,甚至被检测物品外形不规则等等。在新型的测量技术中,结构光三维测量技术凭借非接触式、准确度高等优势备受关注。而综合国内外研究进展来看,光学双目测量系统相较于单目测量应用更加广泛。结构光双目测量具有测
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在各行各业中,三维信息的获取手段五花八门,对三维信息的准确度要求也各有标准。使用尺规等仪器设备的传统接触式测量方法已无法适应实际的需要,比如,在极端自然环境下收集物品的三维数据,对脆性材料的物质进行测量,甚至被检测物品外形不规则等等。在新型的测量技术中,结构光三维测量技术凭借非接触式、准确度高等优势备受关注。而综合国内外研究进展来看,光学双目测量系统相较于单目测量应用更加广泛。结构光双目测量具有测量精度高,去除物体遮挡的优点。但是双目系统在硬件复杂度上处于劣势地位,准确的测量精度是由复杂的系统标定、图像获取数量和多视角特征匹配等过程换取来的。与双目结构光测量对应的单目测量虽然设备简单、操作方便,但也一直受限于测量精度,难以广泛应用。（1）针对结构光单目测量系统的精度问题,本文提出了孪生+STN网络,即SSTN网络。通过SSTN实现对称的视角变换,在水平方向进行了小角度的转动,以此扩大从图像获取的数据量。因为SSTN能够直接完成转动前后的图像匹配,所以从操作流程上看,本方法并没有使单目测量变得繁琐。本文使用全新的算法,在不改动设备复杂度的情况下,用单目设备实现了类双目系统的效果,进而提升了测量准确度。从实验数据来看,采用SSTN的结构光测量将测量精度提升了30%,将误差抑制到0.1 mm以下。（2）用结构光系统测量反射率大的物体表面时,相机采集的结构光图像会出现部分亮度饱和的问题,从而造成信号扭曲或丢失,因而无法实现准确的三维形貌测量。针对上述问题,为了完成对强反射表面的三维形貌测量,本文运用光学知识对强反光表面的光程进行了详尽的解析,提出了反射补偿相移法。RCPSM将强反射光拆分成了三部分,针对不同部分光路的特点,在相移法中插入了补偿值。该方法提高了编码图像的抗干扰能力,能够很好的解决反光物体表面光路复杂导致的图像信息缺失的问题。从实验结果来看,本文所提出的方法能够有效应对反射率较大的物体表面反光造成的图像饱和,在不喷涂抗反光涂料的情况下实现反光物体的结构光三维形貌测量,并获得较好的视觉效果。总而言之,本文针对单目结构光三维形貌测量在实践应用中的两个缺点,即测量精度低和抗反射能力差,分别提出了SSTN和RCPSM。全文共进行了四次实验,将改进前后的测量效果两两对比,验证了本文方法对结构光测量的改进效果。最终测量效果表明,本文提出的方法确实提高了单目结构光的测量精度,并抑制了反射对测量效果的影响。
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