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结构光三维物体面形测量与重建技术研究的中期报告

摘要：

本文介绍了一种基于结构光的三维物体面形测量与重建技术，通过投射光条及其对物体表面形态的畸变，对物体表面进行测量和重建。本技术主要分为三个步骤：（1）相机校正；（2）光条重建；（3）三维重建。我们采用了基于标定板的相机校正方法、双目三角测量及匹配算法进行光条重建，最后采用了基于点云的三维重建方法。通过一些实验数据的结果验证了本技术的可行性和有效性，并对接下来的研究和实验工作提出了一些展望。

关键词：结构光；三维物体面形测量；重建；点云

1.引言

随着科技的不断发展，三维物体面形测量与重建技术越来越受到人们的重视。而结构光是一种被广泛应用的三维物体面形测量技术，在机器视觉、计算机图形学、工业制造等领域都有着广泛的应用。结构光的原理是通过投射光条及其对物体表面形态的畸变进行测量和重建。它具有测量速度快、测量精度高等优势。因此本研究也是基于结构光的三维物体面形测量与重建技术。

2.方法

本研究采用的结构光三维物体面形测量与重建技术包括三个部分：相机校正、光条重建、三维重建。

2.1相机校正

相机校正是确保相机拍摄到的图像和实际物体之间的精确对应关系，是三维重建的基础。我们采用了基于标定板的相机校正方法。具体步骤如下：

1.在实验环境中放置一个已知标定板；

2.根据标定板上棋盘格的特征点进行标定；

3.利用标定得到的相机内外参数将相机坐标系与世界坐标系建立对应关系。

2.2光条重建

光条重建是将光条在物体表面上的形态重建出来以便后续的三维重建。我们采用了双目三角测量及匹配算法进行光条重建。具体步骤如下：

1.同时采用两个相机进行图像拍摄；

2.对左右两个图像利用Sobel算子分别求出梯度图像；

3.利用梯度差异算法进行匹配；

4.采用双目三角测量方法计算出每个像素对应的光条的线段。

2.3三维重建

三维重建是将测量得到的点云数据转化为三维物体表面形状的过程。本研究采用了基于点云的三维重建方法。具体步骤如下：

1.对测量得到的点云数据进行滤波处理；

2.利用递归最小二乘法对点云数据进行配准；

3.采用离散曲面重建算法对配准后的点云数据进行三维重建。

3.实验结果分析

本研究利用三个标志物进行了实验测试，同时对比了使用不同方法得到的三维重建结果。我们发现，本研究基于结构光的三维物体面形测量与重建技术能够较好地重建物体表面形态，并且重建的精度和速度较高。与其他对比方法相比，本研究方法有更高的精度和更快的速度。

4.展望

本研究为基于结构光的三维物体面形测量与重建技术的研究提供了一种有效方法，并证明了其在实际应用中的可行性和有效性。下一步，我们将对本研究的方法进行优化，提高其测量精度和重建速度。同时，我们也会从技术层面和应用层面对该技术进行深入研究和推广。