用于3D形状测量的LED细条纹栅投影方法研究

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 目前3D测量技术的应用越来越广泛，对测量结果的精度和完整性要求也越来越高。

1.1  3D测量技术的发展现状

 3D物体测量的方法有很多，比较典型的分为接触式和非接触式两种方法。

   接触式测量法以轮廓仪为典型，也是现有的光学面形加工过程中应用最多的测量方法。轮廓仪检测法对于面形当中的转折点，或者沟槽的测试有比较明显的优势，能够直接描绘出轮廓曲线形状，结果可靠。该检测方法的缺点首先是接触式探测容易造成表面损伤，测量精度不高，并且测试时间长。同时该方案单次测试结果仅为二维曲线，不能快捷的获取待测件三维面形。尽管各国研究者都试图用高新技术来克服这些问题，但至今都未能从根本上解决轮廓仪测量的缺点，难以满足当今高效率、高精度测量的要求。

  非接触测量方法主要指的是光学测量方法，随着光电子、微电子技术等的发展，各种新型器件不断出现，如电荷稱合器(Charge Coupled Device，CCD)、数字投影仪(Digital Light Processing, DLP)等，带动着非接触式光学测量技术得到快速发展，并开始在一些领域中得到广泛应用。由于其高灵敏度、高速度、无损坏、获取数据多等优点，非接触式光学测量方法被公认为最有前途的三维面形测量方法。目前，光学三维形貌测量方法的种类主要有：飞行时间法、摄影测量法、三角法、条纹投影法、干涉测量法、成像面定位法等。

   1.2选题依据及意义

随着计算机、信息处理、光电子技术的快速发展，3D形状测量技术得到了广泛地应用。尤其是在工业制造、产品检验、反求工程、生物医学、影视特技、文物保护等领域，该技术具有广阔的应用前景和研究意义。本文研究的LED细条纹栅投影法在3D形状测量的应用时基于条纹投影法在3D形状测量方面的应用。基于条纹投影的三维面形测量技术是一种常用的非相干光测量方法，通过向物体投影正弦条纹图像，由 CCD 相机拍摄经被测物体反射的变形条纹图像，通过对调制相位信息进行解调，恢复重建物体三维轮廓形状。自提出以来，该方法受到了广泛的关注和研究。人们从系统结构、投影方式、条纹编码方法、系统标定、数据采集方式、相位提取方式、相位展开方法、360°测量、动态物体检测等方面进行了深入研究，并将该方法用于不同领域。

1.3课题研究内容

     3D测量技术应用越来越广泛，准确可靠的3D测量方法一直是科研和工程

人员孜孜以求的目标。本文利用LED细条纹栅投影的方法对3D物体进行测量。本文的主要研究内容如下：

1. 深入学习并了解LED光源发光原理以及干涉相关的基本光学原理；

2. 深入研究LED图案投影实现方式；

3. 深入分析现有各种3D测量系统的优缺点；

4. 提出LED细条纹栅投影的方案，并应用到实际的3D形状物体的测量中。

1.4 关键问题和最终目标

   1.4.1 关键问题在于如何完成基于LED光源细条纹栅投影模块的设计。

   1.4.2 最终目标完成基于LED光源的细条纹栅投影模块的设计、LED光源的选型、光路的系统设计，搭建相关的测试平台，完成对3D物体的形状测量以及数据的分析。

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