● 摘要
结构光视觉三维测量技术具有非接触、检测速度快、系统柔性好等优点，通过向被测对象投射一定模式的结构光，由摄像机拍摄变形条纹图像，基于光学三角原理获取物体表面三维信息，己成为解决三维在线测量的最有效途径之一。论文围绕国家自然科学基金项目——“小型数字结构光视觉传感器研究”，针对微小型物体三维测量，提出了一种光纤干涉结构光投射器的新思路，建立了光纤干涉结构光投射器的光学模型，搭建了投射装置，产生了高密度正弦光栅条纹，研究了利用傅里叶变换恢复被测物体三维形貌的测量方法。论文的主要内容包括：1．详细地分析了结构光视觉三维测量中光栅条纹结构光投射技术的发展现状，对传统的激光投射技术和投影仪投影技术进行了比较研究。2．研究了光纤干涉结构光投射器的光学模型，对光纤投射端的干涉条纹进行了数字仿真，根据影响光栅条纹对比度的因素，提出了投射系统搭建方案。3．针对光纤干涉投射条纹，提出了基于傅里叶变换由一幅图像实现物体三维形貌测量的方法，通过频域滤波恢复被测物体的相位信息，并建立了物体高度与相位之间的数学关系。4．提出了一种用于摄像机标定的平面靶标特征点的自动匹配方法，基于Delaunay三角化理论实现了呈方格阵列分布的平面靶标特征点的匹配，简化了标定过程、提高了在线标定的自动化程度和标定效率。5．搭建了光纤干涉结构光视觉测量系统装置，对测量系统的模型参数进行了标定，以金属垫片和斜坡表面为测量对象，初步实现了三维形貌测量，验证了所提方案的可行性。论文所研究的光纤干涉结构光投射系统及视觉三维测量技术，为实现微小型物体的三维形貌测量及投射装置小型化提供了一种有效途径。