【文章內(nèi)容簡介】 采用的方案等。為后續(xù)的數(shù)據(jù)采集提供理論依據(jù)，使所選出的方案比其他測量方法更適合該課題的研究。第三章：點(diǎn)云預(yù)處理。本章主要研究對獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的工作，主要包括：點(diǎn)云除噪、點(diǎn)云插補(bǔ)、刪除、最佳拼接、消差等，為下一步的曲面重建作準(zhǔn)備工作。第四章：曲面重構(gòu)。對離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的曲面，完成自由曲面的重建工作。第五章：實(shí)驗(yàn)。依據(jù)硬件設(shè)備和軟件設(shè)施，完成對文物杯的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、自由曲面的重建工作。第六章：總結(jié)與展望。對本文的主要研究內(nèi)容和主要創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，對本文尚需進(jìn)一步研究的若干問題提出參考建議。31三維數(shù)據(jù)測量第二章 三維數(shù)據(jù)測量、三維數(shù)據(jù)測量簡介數(shù)據(jù)測量，又稱產(chǎn)品表面數(shù)字化，是指通過特定的測量設(shè)備和測量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評價、改進(jìn)和制造。三維型面檢測技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)、破損零件還原、工業(yè)產(chǎn)品外形設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、醫(yī)學(xué)檢查、藝術(shù)品鑒定及三維動畫設(shè)計等許多方面都有著廣泛的應(yīng)用。目前，用來采集物體表面數(shù)據(jù)的測量設(shè)備和方法多種多樣，其原理也各不相同。按照傳統(tǒng)的劃分，數(shù)據(jù)測量主要有接觸式和非接觸式兩種測量方法。接觸式測量方法的典型代表是三坐標(biāo)測量機(jī)，它通過探測頭上的探針與樣件表面的接觸情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種方法有很高的精度，對物體的邊界測量相對準(zhǔn)確，但由于其接觸式的測量，使其易于損傷物體和測頭，而且速度慢，對軟質(zhì)材料難以測量，存在測頭半徑的三維補(bǔ)償，而且價格昂貴，這就限制了其應(yīng)用，主要應(yīng)用于制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中。非接觸式方法主要是基于光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，典型方法有激光三角法、激光測距法、結(jié)構(gòu)光法等，特點(diǎn)是不與樣件接觸因而有較高的測量速度，可測量軟質(zhì)材料，可用于實(shí)時測量，適用范圍廣，但精度稍低。本文采用非相干光源，利用投影柵相位法原理進(jìn)行三維數(shù)據(jù)測量。、投影柵相位法的基本原理投影光柵相位法與其它三維測量方法相比有處理方法簡單、測量速度快、不受物體材質(zhì)影響、成本低和易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但精度低于接觸式三坐標(biāo)機(jī)測量，且一般要在被測物體表面進(jìn)行噴涂改色處理。投影光柵相位法測量的工作原理是從獲取的包含物體高度信息的二維光柵圖像中恢復(fù)出真實(shí)的三維空間信息。它主要分為三個步驟：（1）、相位調(diào)制：即通過投影光柵掃描設(shè)備獲得三維物體表面的變形光柵圖像，它包含物體高度信息。（2）、相位解調(diào)：即求解出所獲取的變形光柵圖像中的精確相位。（3）、相位展開：即求取包含物體高度信息的光柵絕對相位值。投影柵相位法的的原理光路圖如圖21所示。投影系統(tǒng)光軸與攝像系統(tǒng)光軸相交于參考平面R上的O點(diǎn)，投影光柵為正弦光柵，和分別表示投影系統(tǒng)的入瞳和出瞳，和分別表示攝像系統(tǒng)的入瞳和出瞳，和到參考平面R的距離相等，均為L，正弦光柵G的柵線垂直于圖平面[1]。首先通過投影系統(tǒng)將計算機(jī)生成的虛擬正弦光柵投影到被測物體表面，投影系統(tǒng)通過計算 （21）式中r(x,y)為物體表面反射率分布函數(shù)，為物體表面高度變化引起的調(diào)制位相。由投影光路的簡單幾何關(guān)系，得到 （22）中包含了物體的高度信息，但此相位是包裹的，需通過相位去包裹得到連續(xù)的相位，再代入高度公式 （23）即可得到物體的高度數(shù)據(jù)。、測量設(shè)備介紹、硬件設(shè)備實(shí)體輪廓的數(shù)據(jù)采集是獲取實(shí)體幾何形狀信息的首要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集的速度、點(diǎn)數(shù)、精度是影響結(jié)構(gòu)光三維視覺測量系統(tǒng)工作質(zhì)量的最重要的技術(shù)指標(biāo)。不同的采集方式，具有不同的采集速度和精度。本課題采用的是非接觸式光柵掃描法，該方法操作簡單，對硬件環(huán)境要求不高，掃描速度快，有較高的實(shí)用性。由于投影光柵法是一次性瞬間獲取物體表面形狀的三維信息，并且投影光模式可變，因而具有很高的測量速度和較高的精度，而且采集到的數(shù)據(jù)空間分辨率高，設(shè)備要求簡單，比較易于在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室采用的是3DCamega三維數(shù)字化掃描系統(tǒng)，本硬件設(shè)備包括一臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計算機(jī)，DCF系列的單機(jī)兩臺，控制盒一個，標(biāo)定塊一塊，與三腳架配套使用。該系統(tǒng)采用無接觸式白光三維掃描，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）、無接觸掃描，可以更加方便和精確地測量文物杯表面。（2）、照相式掃描，可以方便實(shí)現(xiàn)所見即所測的結(jié)果。（3）、白光掃描，避免了傳統(tǒng)的激光掃描對文物杯的潛在傷害。（4）、掃描時間短，點(diǎn)云數(shù)量大，可以提高掃描的可靠性。（5）、針對文物杯特征設(shè)定參數(shù)，更有效，更精確求解文物杯三維數(shù)據(jù)。 、軟件設(shè)施用于控制雙機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)、顯示效果以及運(yùn)行動作的。三維點(diǎn)云反求軟件Winmoire，主要用于從二維圖像到三維圖像的反求、觀察以及自動拼接。點(diǎn)云處理軟件Cloudform，用于對點(diǎn)云的預(yù)處理及數(shù)據(jù)保存格式的轉(zhuǎn)換。逆向工程軟件Geomagic，主要進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分、四邊形網(wǎng)格剖分和曲面擬合，生成高精度的NURBS曲面，完成曲面的重建工作。實(shí)驗(yàn)第三章 實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)介紹本實(shí)驗(yàn)在南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院三維圖像測量技術(shù)與逆向工程研究室完成，采用3DCamega三維數(shù)字化掃描系統(tǒng)對文物杯進(jìn)行光柵掃描，獲得文物杯雙光柵圖像，經(jīng)軟件解相等處理獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在Cloudform軟件中對獲得的點(diǎn)云進(jìn)行除噪、消差等預(yù)處理，并將轉(zhuǎn)換的IGES格式文件導(dǎo)入逆向工程軟件Geomagic中進(jìn)行多邊形和曲面處理，完成面部曲面的重構(gòu)工作。本實(shí)驗(yàn)的目的就是獲得準(zhǔn)確地文物杯三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)所采用儀器系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以把實(shí)驗(yàn)分為兩大步驟：儀器系統(tǒng)的標(biāo)定和文物杯三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取。、儀器系統(tǒng)的標(biāo)定（1）設(shè)備組裝及連線1）整套設(shè)備由四部分組成：一臺XP電腦，兩臺相機(jī)，一臺專用光柵投影儀，轉(zhuǎn)臺。電腦與其他設(shè)備進(jìn)行連接。其中兩根USB接口線，一根鏈接電腦與轉(zhuǎn)臺控制盒，另一根鏈接電腦與CPU掃描頭，轉(zhuǎn)臺自身附帶一根串口線接連到控制盒，轉(zhuǎn)臺和控制盒還有一根串口線連接，兩個24伏電壓。2）完成上面步驟后，如第一次使用，會彈出相應(yīng)硬件驅(qū)動安裝的提示，根據(jù)提示安裝驅(qū)動。3）確認(rèn)第二屏幕已經(jīng)啟用，并設(shè)般只有一個用來連接顯示器的VGA接口，這是需要另一個顯卡來提置分辨率為1024X768。注意：在1）中，投影儀與電腦的連接在硬件條件容許的情況下是直接以VGA接口接入，但在常規(guī)臺式電腦上，一供一個VGA接口，也可以利用V2U轉(zhuǎn)換卡將VGA接口轉(zhuǎn)換成USB接口，可直接接上投影儀。 CPC控制程序主框架CPC控制程序主界面主要分為四大區(qū)域，上邊是菜單，左邊是控制面板，中間是預(yù)覽區(qū)域，下邊是信息區(qū)。控制面板主要分為系統(tǒng)控制面板和轉(zhuǎn)臺控制面板。相接連接處可以任意勾選兩個相機(jī)，類似于左相機(jī)和右相機(jī)，兩相機(jī)有內(nèi)置編號，且具有唯一性。勾選兩相機(jī)可以選擇性的查看某個相機(jī)的預(yù)覽視圖，連續(xù)拍照可同時獲得兩個相機(jī)的一組特定照片。（2）設(shè)備調(diào)整及參數(shù)調(diào)整視場選取，光圈調(diào)整，光源補(bǔ)償，投影條紋調(diào)整。根據(jù)市場范圍標(biāo)定距離有兩種：相機(jī)在外側(cè)時，距離為780；相機(jī)在內(nèi)側(cè)時，：400和200視場， 300和150視場，100和50視場，600視場，25視場。光源檢測投影灰度的理論值與市級灰度只有差異性，而且相機(jī)采集得到的灰度會加大這種差異。于是，我們在這里做光源補(bǔ)償使投影灰度與采集得到的灰度保持一致，即相機(jī)一定要調(diào)整清晰，投影條紋也要調(diào)整清晰。1） 打開控制程序，點(diǎn)擊開投光燈，把視頻跳到120左右，再打開控制面板把條紋切換成對焦條紋，開始對焦。2） 在條件容許的情況下關(guān)燈找一面實(shí)惠百強(qiáng)或者白板，根據(jù)視場大小讓投影儀透出明亮清晰圖形。3） 調(diào)整相機(jī)角度，讓相機(jī)中線與投影中線重合，最重要的是盡量讓相機(jī)視圖內(nèi)部全都在投影范圍內(nèi)4） 條紋調(diào)整。先把控制程序里的條紋切換成23或其他小一些的條紋，調(diào)整相機(jī)光圈1使得界面最清晰，前面光圈為最清晰，調(diào)整到條紋明暗特別清晰為好。5） 市場視角調(diào)好后調(diào)整光圈。打開CPC控制軟件，先把條紋切換成白圖，點(diǎn)擊“光源檢測”會彈出光源檢測對話框，左上角的滑塊可調(diào)節(jié)相機(jī)的采集區(qū)域大小，滑動快下方矩形顏色為當(dāng)前投影灰度，黃色矩形框表示滑塊標(biāo)定的采集區(qū)域。選擇“光圈調(diào)整”點(diǎn)擊“開始”右邊顯示出當(dāng)前兩個相機(jī)采集到的灰度，數(shù)值為量化表示，藍(lán)色部分為圖形化表示，這是“開始”變?yōu)椤皶和！薄Ｔ谕队盎叶葹?50的情況下，調(diào)整兩相機(jī)光圈值采集灰度值為100至200之間，兩相機(jī)調(diào)到基本一致。帶相機(jī)光圈調(diào)整后，點(diǎn)擊“暫?！薄＃?）根據(jù)你所選擇的視場，選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)定塊。注意標(biāo)定過程中標(biāo)定快的正確擺放方向。1） 先把打包中的kernel文件全部復(fù)制到D盤至mk7dat至kernel中，再把對應(yīng)視場的參數(shù)拷貝到相應(yīng)的文檔。2） 將標(biāo)定快放置穩(wěn)定，之力或靠后傾斜一定角度。打開CPC控制軟件和winmoire，先把CPC控制軟件的條紋調(diào)為對焦條紋，移動三腳架讓對焦線和標(biāo)定快的中心重合，再把CPC控制軟件