Research on Real-time Three-dimensional Measurement Based on DLP

Abstract

随着电子技术和光电技术的不断进步，光学三维检测技术得到了长足发展，其在工业检测、机械制造、医疗产业和娱乐交互等领域应用广泛并具有持续发展的巨大潜力。基于面结构光的三维测量轮廓术以其非接触、效率高以及精度高的优势，逐渐成为三维测量领域的重要方法。 作为一种通用的3D形貌获取技术，面结构光比其他三维测量技术快得多，但是多数工业级结构光扫描仪仍然需要数秒才能完成一次扫描；3D传感器如微软Kinect和TOF相机虽然可以进行实时的三维测量，但是精度较低；由于近期投影技术的发展以及对该领域研究的深入，实现一套实时的三维测量系统变得更加容易。 针对以上测量系统的局限，本文以三维测量轮廓术中的相移法为基础，研究了相关算法的基础理论，探索了测量系统从硬件搭建到软件实现的各个细节。根据所选择的测量方案，首先确定采用一种改进的相移算法以减少投影光栅数量；采用双频时间相位展开算法，来实现截断相位的快速展开；探究了DLP高速投影机理，通过DLP散焦实现了正弦光栅的高速投影，提升了图像采集效率；提出了一种改进的正弦光栅二值化算法，减少了系统相位误差；对系统标定尤其是投影仪标定展开分析，将精度较高的基于相位的投影仪标定方法应用到系统中；最后搭建了单相机-单投影仪的结构光测量系统硬件，应用多线程策略实现了工程软件的开发。 综合以上设计，实现了基于DLP的三维实时检测系统，测量精度小于0.06mm