题目：基于线结构光的曲面测量技术的研究与实现

光学三维面形测量方法，具有非接触、测量速度快、精度高、易于在计算机控制下实行自动化测量等优点，己得到深入研究并且被广泛应用。在几种主动三维传感技术中，线结构光测量由于其具有结构简单、扫描及数据处理速度快、精度较高、设备费用相对较低等特点，在产品质量控制、反求工程等领域有着广泛的应用。本文以三维人体非接触测量为背景，研究与实现了一种基于线结构光扫描的三维曲面测量与重构方法。该方法结构简单，成本低廉，精度较高，操作方便。本文的主要研究内容包括如下几个部分：1．研究并实现了一个基于线结构光的三维测量方法。首先采用互相垂直的两个面板作为标定架，采用了基于径向约束的两步法标定摄像机；其次，采用二值化和图像细化等图像处理方法来提取光刀中心线，以克服由于激光宽度以及散焦带来的问题；第三，采用Hough线段检测检测出光刀平面与已知的两个标定架平面的交线，从而提取出光刀平面方程；最后，对光刀中心线上的每一点，利用摄像机标定结果计算其对应的空间射线，求出该射线与光刀平面的交点即为该点对应的三维测量点。2．研究并实现了点云配准和曲面重构算法。被测物体的三维形貌一般通过多次拍摄得到，因此需要将不同视图下的三维点云模型进行配准。本文设计和实现了基于ICP算法的配准算法，该方法首先利用转台信息进行粗略配准，然后利用粗略配准结果作为ICP算法初值进行精配准。得到了配准后点云模型后，本文设计并实现了基于泊松方程的曲面重构算法来重构物体表面模型，该方法是目前较好的基于散乱点云的曲面重构方法，算法输出水密（water-tight）的三角网格模型，具有对去噪和补洞能力，能够重构效果较好。 3．设计并实现了一个三维重构原型系统。给出了基于线结构光三维重构系统的硬件组成，以及相应的参数选择，整个测量的流程图，与相关功能模块等。 经过实验验证，本文所提出的方法能完成具有一定精度的三维物体的外形测量。该方法结构简单，成本低廉，操作方便；能够适应不同的光照条件，不同形状的物体，鲁棒性较好；有较强的应用价值。