基于旋转结构光编码的三维面形垂直测量方法研究

采用调制度分析的三维面形测量方法，其投影方向和探测方向一致，可以实现对复杂三维面形的垂直测量，这是其他以三角测量为基础的结构光方法所不能胜任的。本项目研究一种新的基于旋转结构光编码、频闪照明和频域空间角分复用的三维面形信息获取方法，实现三维面形的实时记录和数字重建；研究三维重建精度与旋转结构光编码装置和频闪照明参数的关系、频域空间角分复用参数与旋转结构光旋转角设计的的关系；研制一个原型样机，包括产生旋转往复运动的结构光场的光学机械结构、频闪光源与旋转往复运动机构以及图像获取装置的同步控制系统、三维信息获取与处理的信息流程和计算方法。可以实现对物体复杂三维的垂直测量，不用解位相和位相展开，也避免了其他基于三角原理的测量方法面临的阴影和遮挡问题。该研究成果对三维轮廓术、三维传感及机器视觉的应用具有重要的意义。本项目实现的关键技术还可应用于广义的三维信息获取，具有普适性和广泛的应用前景。

采用调制度分析的三维面形测量方法，其投影方向和探测方向一致，不用解位相和位相展开，可以实现对复杂三维面形的垂直测量，也避免了其他基于三角原理的测量方法面临的阴影和遮挡问题，在结构光三维面形测量中具有独特的优势。本项目从广义信息传递和变换的观点研究三维面形对空间结构光场的调制，研究了多种基于调制度分析的垂直测量方法。项目研究了空间螺旋运动结构光场和频闪照明相结合，对复杂三维面形的编码方法；提出一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术，实现了相移和垂直扫描的自动同步，具有较高的测量精度；完成了基于连续相移和垂直扫描原理的工程样机的设计和加工；提出一种高速结构光三维面形垂直测量方法，采用一个特殊设计的组合投影镜头和正交光栅，实现三维面形的高速垂直测量；完成了多种高精度结构光场模版的设计和制作，可广泛用于结构光三维面形测量系统中，提高了测量精度和速度；项目还研究了结构光三维测量中的一些基础性问题。.项目研究期间，发表论文30篇，其中被SCI收录19篇，被EI收录30篇，申请发明专利4项，所提出的三维面形垂直测量方法和所取得成果具有完全自主知识产权。该研究成果对采用垂直测量方式三维传感及机器视觉具有重要的意义。本项目实现的关键技术还可应用于广义的三维信息获取，具有普适性和广泛的应用前景。