● 摘要
结构光视觉三维测量具有非接触、动态响应快、系统柔性好等特点，已成为解决物体表面形貌测量、空间位置测量、三维运动信息获取等许多在线测量的最有效途径。通过光学成像技术，改进结构光视觉系统各组成部分的自身结构以及改进各个组成部分之间的位置关系，尤其是减小结构光投射器和摄像机之间的距离，从而实现结构光视觉传感器的小型化，将对实现受限空间内物体的三维测量具有重要意义和实际应用价值。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”，研究了镜像式结构光视觉三维测量的关键技术，建立了镜像结构光传感器的结构设计模型，研制了小型结构光视觉传感器实验系统，论文的主要内容包括：1．研究了基于光学成像技术的小型结构光视觉三维测量方案，采用光学镜像原理，由镜像得到的虚拟摄像机、虚拟投射器与被测物构成三角测量位置关系。2．分析了镜像式结构光视觉传感器基线距与传感器测量精度的关系以及摄像机、投射器和反射镜片的位置及反射镜的摆放角度对基线距和测量夹角的影响，为镜像式结构光视觉传感器的结构设计提供依据。3．在基于Hessian矩阵的条纹中心提取方法基础之上，提出了一种基于感兴趣区域的结构光条纹中心混合图像处理方法，该方法避免了对非光条区域内的像素点的大模板高斯卷积计算，从而大大地减少了光条中心提取的冗余计算，成倍地提高了光条中心的提取速度。4．建立镜像式结构光视觉传感器的数学模型，研究了传感器模型参数的标定方法，设计了镜像式小型结构光视觉传感器，经过实验验证了设计方案的可行性。论文所研究的镜像式小型结构光视觉三维测量的关键技术，为实现受限空间内微小型物体的三维形貌测量提供了一种有效途径。