结构光三维测量系统的建模与标定(7)

3D视觉建模,计算机视觉

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文

光学投射器与摄像机之间的相对位置一定时，由畸变的二维光条图像坐标便可重

现物体表面的三维形貌媚’８１。结构光三维视觉测量系统由光学投射器、摄像机、

和计算机系统三部分构成。

近年来，随着数字摄像机与投影仪在成本上的逐渐降低和在体积上的逐渐

小，关于它们的应用研究课题也越来越多。投影仪可以看作可编程的光源，从而

通过摄像机获得场景的详细信息。相反地，我们也可以把摄像机看作传感器，通

过摄像机的辅助，投影仪在任意的表面上投影出高质量的图像。投影仪与摄像机

在共同空间中的组合，同时提供了输入和输出的能力，这产生了一种新的人机交

互范例。它的应用包括结构光三维测量，人机交互，沉浸式自校正显示和远协同

工作。

随着ＣＣＤ摄像机在成像分辨率、图像采样速率及计算机图像处理速度的提

高，除了一般的监控、计算机视觉等领域，ＣＣＤ摄像机被越来越广泛地应用于

三维立体测量、视觉检测、运动测量等领域，且测量精度越来越高，在航空航天、

军事等重要部门发挥着越来越重要的作用ｎ１。

１．２国内外发展现状

用结构光方法实现的物体三维重构以其固有的非接触性、高精度、易于实现

等优点，近年来受到越来越多的重视。结构光法有两个主要的优点：第一，光模

式的变化情况反映了物体表面的形状变化，简化了物体的检测问题；第二，它可

以减少计算的复杂性、改善三维测距精度抽１。目前国外有日本、德国、英国、美

国等对这方面进行了较多的研究，且有实用系统出现，能够重构出各种不同大小、

复杂形面的物体的三维坐标。在国内，天津大学、清华大学、东南大学、浙江大

学等很多大学里面对这种重构的方法都有着深入的研究，积累了大量的理论和实

践经验旧１。

１．２．１结构光三维测量数学模型

三维测量系统建模在制造业、影视动画业、科学研究等许多方面都有广泛的

应用，其研究内容主要包括三维物体表面形状的获取，三维结构的重建及可视化。

国外的研究机构近年来围绕着三维目标数字化已经开展了大量的研究工作ｎ训。三

维测量系统建模方法的研究成果还包括，Ｌａｖｏｉｅ等研究人员利用结构光从两幅二

维影像中恢复物体的三维轮廓…１；Ｆｅｒｒｅｉｒａ等人开发的手持式三维扫描设备以及

相应建模方法ｎ２１；Ｃａｌｌｉｅｒｉ等研制的能完成高精度三维扫描的自动化系统ｎ引。目前