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摘要双目视觉三文测量技术是结构光三文测量的一种重要技术，由于其非接触式，精度高等特点正逐渐成为测量的主流方式。现今的三文测量多使用相移法求解相位，过程较为繁琐,而傅里叶变换法求解相位步骤相对简单。如何用傅里叶变换更快更准确的求解出相位是本文主要的研究内容。 本文首先介绍了双目立体视觉三文测量的具体过程，主要包括摄像机标定、双目立体匹配、傅里叶变换提取相位、相位解包以及面型恢复这几个主要步骤。其次基于条纹投影技术使用摄像机、投影仪的模块搭建了双目三文测量装置。本文重点研究了傅里叶变换提取相位的原理，并通过实际的测试改进算法实现滤波窗口的自动化选择。基于matlab 对模拟生成的条纹图进行傅里叶分析并求解出了相位。最终通过搭建的系统对不同物体使用不同频率的条纹进行测量并分析了重构面型与实际面型的误差。结果证明：傅里叶变换求解相位更加快速、简便。另外，条纹频率越高傅里叶变换求解相位的结果越精确。30950
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毕业论文关键字：双目三文测量 条纹投影 傅里叶变换
Title Research of 3D Measurement Technology of Binocular Vision Based on Fourier Transform
Abstract Binocular 3D vision measurement technology is an important technology of structured light 3D measurement,which is becoming main way of 3D measurement gradually due to its non-contact and high precision.Nowadays,3D measurement mostly solve the phase by phase-shift method with complicated process.While step of fourier transform to solve phase is relatively simple. My study is fixed on how to slove phase faster and more accurate by fourier transform. In this paper,I first introduce the specific process of 3D measurement of binocular vision which includes the following steps:camera calibration,binocular stereoscopic matching,phase-solving by fourier transform,phase unwrapping and surface recovery.Then I build binocular stereo measuring device with camera,projector and other modules based on fringe projection.This paper focuses on the principle of fourier transform to extract phase and improve the algorithm to realize the automatic choose of filter window by actual test.Do fourier transform analysis to fingers generated by matlab simulation and solve phase successfully.Finally I measure different objects using fringes of different frequencies by system built before and analyse the error between reconstruction surface and actual surface.It proves that fourier transform is faster and more convenient in solving phase.Besides,higher the frequency of fringes is,more accurate the result of phase-solving by fourier transform will be.
Keywords 3D measurement of binocular vision Fringe projection Fourier transform
目次
1 绪论1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 本课题的国内外发展现状 1
1.3 课题关键技术 3
1.3.1 傅里叶变换相位求解技术 4
1.3.2 双目立体视觉匹配技术 4
2 相位提取原理5
2.1 傅里叶变换相位测量原理5
2.2 傅里叶变换相位测量优缺点分析7
3 双目立体视觉三文测量原理 8
3.1 双目三文测量标定8
3.1.1 参考坐标系介绍8
3.1.2 摄像机的针孔模型10
3.2 双目三文测量立体匹配技术11
4 实物测量与面型恢复 14
4.1 摄像机标定15
4.2 傅里叶变换相位求解16
4.2.1 压包相位求解17
4.2.2 相位解包19
4.3 面型重建20
4.4 误差处理与结果分析21
5 本文总结与展望 28
5.1 本文所做工作28
5.2 工作展望28
致谢 30
参考文献 31
1 绪论 1.1基于傅里叶变换的双目视觉三文测量技术的研究背景及意义 随着工业技术和制造业的飞速发展，在生产中对于工件的快速、智能化检测变得越来越重要。尤其是对工件表面形貌的检测，这在工业生产中极为重要。传统的机械接触式测量存在测量时间长，测量进度低以及会对某些精密器件造成损伤等缺点而亟需改进。而这些年来，随着计算机技术、光电测试技术、图像处理技术这些基础技术的迅速发展，越来越多的学者开始研究光学三文测量。由于非接触式的光学三文测量方法能够克服传统的测量方法的许多缺点， 所以引入基于光学的检测技术能够大幅度推动技术革新和工业进步。 而基于傅里叶变换求取相位的三文测量相对于其它测量方法有着明显的优势，因其只需要一到两幅测量条纹就能够得出全局测量，所以能够大幅提高测量速度[1]。 1.2基于傅里叶变换的双目视觉三文测量技术的国内外发展现状 光学三文测量是得到被测物体表面上每一点的空间位置的技术和方法。其基本方法可分为两大类：被动三文测量和主动三文测量。