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基于条纹投影轮廓术的相位-高度映射标定方法 被引量:3
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作者 伏燕军 蔡晓奇 +2 位作者 钟可君 马百恒 闫占军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期285-293,共9页
在基于条纹投影轮廓术和转台辅助的360°三维形貌测量中,使用移动工作台标定系统几何参数时存在操作复杂、携带不便的问题。文中提出了一种基于相机、投影仪、计算机和转台组成的转台的单目全景三维形貌测量系统的柔性标定方法。该... 在基于条纹投影轮廓术和转台辅助的360°三维形貌测量中,使用移动工作台标定系统几何参数时存在操作复杂、携带不便的问题。文中提出了一种基于相机、投影仪、计算机和转台组成的转台的单目全景三维形貌测量系统的柔性标定方法。该算法主要利用转台和标记点完成系统几何参数的标定。对于完整的标定过程,该方法仅要求相机捕捉参考面的变形条纹图像、旋转后标定平面上的变形条纹图像以及旋转后的标记点图像。与传统方法相比,该方法更加方便、省时。新的相位高度映射标定方法用于重建高度为10.000 mm的标定平面,结果为10.047 mm。实验验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 三维测量 条纹投影轮廓术 标定 转台
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条纹投影轮廓术系统模型与标定综述 被引量:28
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作者 殷永凯 张宗华 +1 位作者 刘晓利 彭翔 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期119-136,共18页
条纹投影轮廓术能较好地兼顾系统灵活性与测量精度,是光学三维表面成像与测量的主流技术。利用条纹投影轮廓术进行三维成像,首先需要建立合适的系统模型,然后通过系统标定来确定描述模型的系统参数,最后利用标定的系统模型进行三维重建... 条纹投影轮廓术能较好地兼顾系统灵活性与测量精度,是光学三维表面成像与测量的主流技术。利用条纹投影轮廓术进行三维成像,首先需要建立合适的系统模型,然后通过系统标定来确定描述模型的系统参数,最后利用标定的系统模型进行三维重建,获得物体的三维表面形貌。由此可见,系统标定与系统模型密不可分,对三维成像的性能有直接影响。根据相位-三维映射和双目立体视觉两类不同的工作原理,对条纹投影轮廓术的系统模型和系统标定方法进行了综述,并简要总结了评估系统精度的方法和依据。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 系统标定 系统模型 双目立体视觉 标靶 精度评估 三维成像
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三灰度编码相位展开方法条纹投影轮廓术 被引量:11
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作者 张昂 孙亚琴 +2 位作者 高楠 孟召宗 张宗华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期518-526,共9页
为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法。投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面,包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像,由相机采... 为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法。投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面,包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像,由相机采集经物体表面调制的变形条纹图。通过相机采集到的三幅变形正弦相移条纹图像计算包裹相位。通过相机采集的三灰度编码图像,经过空间灰度平均、灰度三值化、灰色伪码去除后得到三灰度编码值,在获得编码值后利用编码值的空间邻域信息进行解码后得到展开相位级次,对包裹相位进行相位展开。将由对准误差导致的错误相位点去除后得到最终的展开相位。最后,通过系统标定得到的标定系数和最终的展开相位得到被测物体表面的三维形貌。实验结果表明,与最佳三条纹结合四步相移方法相比,该方法在测量精度相当的情况下,测量速度提升了2.4倍。本文所提方法在不牺牲测量精度的同时,提高了三维形貌测量的效率,对复杂形面的快速测量具有实际应用价值。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 三灰度编码 相位展开 错误相位点
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基于条纹投影的复杂结构多维度信息传感技术(内封面文章·特邀)
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作者 陈正东 张启灿 吴周杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期69-87,共19页
随着精密加工和智能制造业的高速发展,在航空航天、汽车工业、工业检测等领域中,对复杂结构,例如:发动机组件、蜂窝结构件等在生产制造与使用过程中的形貌、形变及应变等多维度信息的测量需求日益增加。最近兴起的数字图像相关辅助条纹... 随着精密加工和智能制造业的高速发展,在航空航天、汽车工业、工业检测等领域中,对复杂结构,例如:发动机组件、蜂窝结构件等在生产制造与使用过程中的形貌、形变及应变等多维度信息的测量需求日益增加。最近兴起的数字图像相关辅助条纹投影技术已被证明在复杂结构的形貌和形变测量方面具有独特优势。但目前由于两类方法各自不同的技术特点,基于两者结合的形貌、形变测量方法在测量精度、效率等方面存在诸多矛盾,难以兼顾高分辨率、多维度的测量需求,阻碍了该类技术进一步拓展应用。综述了课题组近年来发展的基于条纹投影的复杂结构多维度信息传感技术及最新的研究进展,系统回顾了两类方法结合时的条纹与散斑信息干扰、原始纹理被破坏、编码效率低等技术难点,并总结了对应的解决方案,最终实现了对复合材料编织结构、颗粒膨胀减震结构以及层叠结构等复杂结构的多维度信息传感。文中所提方法在不增加额外硬件的前提下,将传统条纹投影测量系统升级为多维度信息传感系统,可以同时测量2D纹理(T)、4D形貌(x,y,z,t)以及分析维度力学参数(形变d和应变s),突破了复杂结构高分辨率、高精度纹理形貌重建与形变应变分析的技术壁垒,有望在复杂结构可靠性分析、复合材料性能评估等领域中得到应用。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 多维度传感 数字图像相关 复杂结构
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新的基于条纹投影轮廓测量的系统标定方法 被引量:8
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作者 安冬 达飞鹏 +1 位作者 盖绍彦 陆可 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期81-84,共4页
提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统标定模型,新模型不要求投影装置和成像系统的光心连线与参考面平行、成像系统的光轴垂直于参考面及投影装置和成像系统的光轴相交。基于该模型得出了新的相位高度映射关系,其待定系数与成像点的... 提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统标定模型,新模型不要求投影装置和成像系统的光心连线与参考面平行、成像系统的光轴垂直于参考面及投影装置和成像系统的光轴相交。基于该模型得出了新的相位高度映射关系,其待定系数与成像点的坐标无关。实际测量中只需2个高度不同的标准块便可以求得待定系数。对4个标准块进行高度测量,得到的最大相对误差为0.6%。实验证明:该标定方法简单有效,提高了系统标定的可操作性和测量精度。 展开更多
关键词 三维测量 相位法 系统标定 条纹投影轮廓术 相位高度关系
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一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统 被引量:12
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作者 史耀群 邓林嘉 +3 位作者 王朝旭 伏燕军 钟可君 管炳良 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1120-1125,共6页
为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像... 为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11μm,系统的有效深度测量范围为700μm。 展开更多
关键词 三维测量 微小物体测量 条纹投影轮廓术 立体显微镜 远心镜头
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基于深度学习的水下条纹投影三维测量方法 被引量:2
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作者 徐馨雅 吕嫩晴 +2 位作者 于浩天 郑东亮 韩静 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第7期86-95,共10页
水下加工制造在航空、船舶等领域发挥着重要作用,制造过程的原位在线三维检测成为水下制造质量保障的迫切需求。条纹投影轮廓术(FPP)作为经典的光学三维测量技术之一,具备无接触、快速以及高精度等优势。然而,在浑浊水体中,由于光的吸... 水下加工制造在航空、船舶等领域发挥着重要作用,制造过程的原位在线三维检测成为水下制造质量保障的迫切需求。条纹投影轮廓术(FPP)作为经典的光学三维测量技术之一,具备无接触、快速以及高精度等优势。然而,在浑浊水体中,由于光的吸收和散射作用,相机捕获的条纹光强衰减、对比度降低、图像细节模糊、引入大量噪声,导致条纹图质量不佳。根据低质量条纹计算出的相位具有不可忽视的相位误差,造成三维测量精度下降。为减小水下吸收与散射的影响,提出了一种基于深度学习的端到端的条纹图像增强算法,运用条纹图像增强卷积神经网络(FPENet)将低对比度高噪声条纹转换为高对比度低噪声条纹后获取更准确的相位结果。FPENet针对不同浑浊度水体皆可有效提高条纹质量,降低相位误差。尤其在高浑浊度水体中,相位误差可减小50%左右,显著提升水下FPP的测量精度,对于提高FPP在复杂场景中的适用性具有重要意义。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 深度学习 浑浊水体 图像增强 水下三维测量
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基于标定参数修正的远心成像精密三维测量 被引量:1
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作者 李文杰 刘伍浪 +3 位作者 王贝贝 黄玉源 刘规杰 李富权 《光学精密工程》 北大核心 2025年第2期165-175,共11页
远心成像具有稳定放大倍率、大景深、低畸变等优点,在三维精密测量领域备受关注。然而,由于制造工艺的限制,远心镜头的孔径光阑无法完美地置于焦平面上,导致偏离光轴微小角度的光线也能进入,从而引入测量误差。针对该误差,提出了一种基... 远心成像具有稳定放大倍率、大景深、低畸变等优点,在三维精密测量领域备受关注。然而,由于制造工艺的限制,远心镜头的孔径光阑无法完美地置于焦平面上,导致偏离光轴微小角度的光线也能进入,从而引入测量误差。针对该误差,提出了一种基于标定参数修正的远心三维重构模型。在理论上分析了远心光路非理想性产生的原因,并构建了与成像深度相关的系统标定参数模型,补偿因光路非理想性引起的测量误差。以对焦平面的标定参数为基础,基于控制变量法和最小二乘拟合算法建立径向畸变系数与成像深度之间的数学多项式表达式。采用随机采样一致性算法滤除相位噪声,并基于多项式模型建立相位-深度映射关系。三维重构时,根据绝对相位确定的深度信息修正径向畸变系数,继而实现高精度的横向尺寸重构。在标定板和标准球实验中,系统参数修正前后被测线段的测量误差由28.8μm降为4.8μm,标准球的直径测量误差由35.2μm降为8.1μm,验证了所提出方案的可行性与必要性。该方法为远心光路系统的精密测量提供了一种有效的参数修正思路,丰富了远心三维测量技术。 展开更多
关键词 远心成像 三维成像 精密测量 条纹投影轮廓术
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MEMS振镜式结构光三维重建综述
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作者 韩民 张琛萍 +1 位作者 张宗华 李星辉 《光学精密工程》 北大核心 2025年第7期1065-1090,共26页
结构光三维重建是智能系统感知三维现实世界的上游环节,在工业检测、智能制造、生物医药、智能机器人视觉引导、虚拟现实、具身智能等未来产业展现出很大的应用潜力。本文总结了常见的条纹投影技术,重点分析了当下主流的DLP条纹投影技... 结构光三维重建是智能系统感知三维现实世界的上游环节,在工业检测、智能制造、生物医药、智能机器人视觉引导、虚拟现实、具身智能等未来产业展现出很大的应用潜力。本文总结了常见的条纹投影技术,重点分析了当下主流的DLP条纹投影技术和新型MEMS振镜式条纹投影技术,并从工作原理、性能指标及特点等维度进行综合性对比,展示出MEMS振镜式结构光技术的发展潜力。针对MEMS结构光的非逆反相机特性导致的标定困难问题,总结了专门适配MEMS结构光系统的具有物理可解释的标定模型。不同于DLP结构光技术,采用激光束扫描方式的MEMS结构光具有独特的误差源,对MEMS结构光系统的特有误差源进行了总结和分析,为进一步提高其测量精度指明方向。最后,介绍了结构光的具体应用,并展望了MEMS结构光的未来发展趋势。 展开更多
关键词 结构光 三维重建 MEMS振镜式 条纹投影轮廓术 误差源 系统标定
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基于自适应相位误差校正的大型物体三维重建
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作者 明士凯 张克明 于帝伟 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第10期86-92,103,共8页
条纹投影轮廓术在智能制造等领域应用广泛,随着对大视场三维测量需求的增长,由于重建区域的扩大引入额外的环境因素,从而导致相位精度受到影响。为降低大视场场景中引入的相位误差问题,提出了一种具有最小相位误差的自适应相位校正方法... 条纹投影轮廓术在智能制造等领域应用广泛,随着对大视场三维测量需求的增长,由于重建区域的扩大引入额外的环境因素,从而导致相位精度受到影响。为降低大视场场景中引入的相位误差问题,提出了一种具有最小相位误差的自适应相位校正方法。该方法无需额外投影与校准,只需通过变形条纹图像进行边界识别。基于稳定区包裹相位,建立了列像素相关参数模型来校正相位。通过相位质量评估指导相位误差过程及最佳相位选取。然后采用图像块方式,将稳定区相位索引到原始相位中,对相位数据进行筛选以剔除异常数据,以实现大型物体的高精确重建。模拟仿真与实际实验的结果表明,所提方法能够显著降低视场扩大引入的相位误差,提高测量精度。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 相位误差 相位校正 三维重建
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基于视差和条纹调制度分析的多物体场景分割 被引量:3
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作者 李小晗 陈璐 周翔(指导) 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期115-122,共8页
噪声是影响图像分割的重要因素,文中提出了一种能够在含噪声的真实场景中准确提取出多个物体区域的分割方案。利用基于正弦条纹投影的双目结构光系统,得到包含目标物体的相位图和视差图。将视差图映射到U-视差图中,利用物体和噪声区域... 噪声是影响图像分割的重要因素,文中提出了一种能够在含噪声的真实场景中准确提取出多个物体区域的分割方案。利用基于正弦条纹投影的双目结构光系统,得到包含目标物体的相位图和视差图。将视差图映射到U-视差图中,利用物体和噪声区域在该视差空间的不同形态特征,采用闭合区域检测算法初步得到各个物体的分割区域,并结合条纹调制度阈值分析法进一步去除阴影区域的噪声,最终得到精确的分割结果。客观评价的数据分析表明,文中提出的分割算法,不仅对噪声的鲁棒性较好,还可以有效地将物体与水平支撑面分割开,在不同场景下具有计算复杂度低,抗干扰能力强的优势,分割准确率均在90%以上,最高可达到99.2%,平均运行时间为27 ms。 展开更多
关键词 正弦条纹投影轮廓术 U-视差图分析 条纹调制度分析 物体分割
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Color projector light intensity adaptive high dynamic range 3D measurement method
12
作者 HUANG Hao-zhen NIU Bin +2 位作者 CHENG Shen QU Xing-hua ZHANG Fu-min 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第5期1219-1229,共11页
The Fringe Projection Profilometry(FPP)system with a single exposure time or a single projection intensity is limited by the dynamic range of the camera,which can lead to overexposure and underexposure of the image,re... The Fringe Projection Profilometry(FPP)system with a single exposure time or a single projection intensity is limited by the dynamic range of the camera,which can lead to overexposure and underexposure of the image,resulting in point cloud loss or reduced accuracy.To address this issue,unlike the pixel modulation method of projectors,we utilize the characteristics of color projectors where the intensity of the three-channel LED can be controlled independently.We propose a method for separating the projector's three-channel light intensity,combined with a color camera,to achieve single exposure and multi-intensity image acquisition.Further,the crosstalk coefficient is applied to predict the three-channel reflectance of the measured object.By integrating clustering and channel mapping,we establish a pixel-level mapping model between the projector's three-channel current and the camera's three-channel image intensity,which realizes the optimal projection current prediction and the high dynamic range(HDR)image acquisition.The proposed method allows for high-precision three-dimensional(3D)data acquisition of HDR scenes with a single exposure.The effectiveness of this method has been validated through experiments with standard planes and standard steps,showing a significant reduction in mean absolute error(44.6%)compared to existing singleexposure HDR methods.Additionally,the number of images required for acquisition is significantly reduced(by 70.8%)compared to multi-exposure fusion methods.This proposed method has great potential in various FPP-related fields. 展开更多
关键词 fringe projection profilometry crosstalk coefficient optimal projection currents high dynamic range
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用于绝对相位恢复的鲁棒相位编码方法
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作者 朱浩杰 汪宇 +3 位作者 梅芳芳 周传起 王宇杰 侯文慧 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第5期966-974,共9页
相位编码方法已广泛用于条纹投影轮廓术(fringe projection profilometry, FPP)中的绝对相位恢复,然而FPP系统的gamma非线性严重影响了系统的鲁棒性和精度。从扭曲条纹图案中提取的包裹相位将偏离实际相位,不能直接用于恢复绝对相位。... 相位编码方法已广泛用于条纹投影轮廓术(fringe projection profilometry, FPP)中的绝对相位恢复,然而FPP系统的gamma非线性严重影响了系统的鲁棒性和精度。从扭曲条纹图案中提取的包裹相位将偏离实际相位,不能直接用于恢复绝对相位。为解决这个问题,提出一种基于有效非线性校正策略的鲁棒相位编码方法。首先,通过相位直方图均衡(phase histogram equalization, PHE)方法调整失真的包裹相位,以获得校正的包裹相位。理论研究表明,非线性相位误差的频率是理想相位的3倍,因此提出使用相移直方图均衡(shifted-phase histogram equalization,SHE)方法进一步减小非线性相位误差。然后,通过Hermite插值算法拟合连续函数,减少SHE方法所引入的离散化误差。仿真和实验结果都表明,在gamma非线性情况下,所提方法比传统方法更具鲁棒性。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 相位展开 gamma非线性 直方图均衡化 概率分布
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用于可移动文物真实感成像的光学三维数字化仪(英文) 被引量:7
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作者 李阿蒙 彭翔 +1 位作者 殷永凯 刘晓利 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1421-1429,共9页
计算机辅助光学三维数字化技术作为一种有力的工具,可应用于文物三维原真信息的获取、存储和修复.本文提出一种获取可移动文物高准确度彩色三维数字成像法,包括基于光束平差的标定技术和相位辅助的主动三维成像技术.报道了可移动文物三... 计算机辅助光学三维数字化技术作为一种有力的工具,可应用于文物三维原真信息的获取、存储和修复.本文提出一种获取可移动文物高准确度彩色三维数字成像法,包括基于光束平差的标定技术和相位辅助的主动三维成像技术.报道了可移动文物三维成像与建模的方法构建和实现过程,并利用该方法对典型薄壁结构的青铜器进行实验研究,验证了所提出真实感三维成像方法的有效性,建立了一种用于可移动文物三维成像的仪器原型. 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 真实感三维成像 计算机辅助光学测量 可移动文物 纹理融合
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基于全局优化的实时高精度模型重建 被引量:4
15
作者 许新傲 李艺璇 +2 位作者 钱佳铭 冯世杰 左超 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期748-758,I0002,共12页
三维形貌测量在先进制造、航空航天、生物医学等领域发挥着重要的应用。凭借高精度、全视场、非接触等优点,条纹投影轮廓术是目前使用最广泛的一种光学三维测量手段。为了获得物体全局三维信息,通常需要将待测物置于转台之上,通过不断... 三维形貌测量在先进制造、航空航天、生物医学等领域发挥着重要的应用。凭借高精度、全视场、非接触等优点,条纹投影轮廓术是目前使用最广泛的一种光学三维测量手段。为了获得物体全局三维信息,通常需要将待测物置于转台之上,通过不断地扫描和拼接来获得物体的全局信息。然而,传统的扫描和拼接是以离线的方式进行的,导致整个三维模型的重建速度缓慢。现有的实时点云配准方法虽然能够有效提高点云扫描与拼接的速度,但实时点云拼接的精度依然受待测物的运动状态影响。本文针对上述问题进行优化改进,提出一种基于全局优化的实时高精度模型重建方法。首先,介绍了一种由粗配准到精配准的快速点云配准算法并提出了基于点云法向量约束的点云初始化算法,能够提升粗配准过程中点云初始位姿计算的稳定性与精度。其次,在精配准阶段引入了图优化算法以获得全局点云位姿的最优解,进一步提升了全局点云配准的精度。实验结果表明,所提方法相比于现有实时模型重建方法,能够实现更高精度且稳定的全局点云配准。特别地,针对动态场景中由于抖动等因素引起的被测物体速度突变等情况,本方法依然能够鲁棒地完成三维模型重建,全方位模型重建的精度达84μm。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 图优化 实时 三维重建 点云配准
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