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GPU加速下具有抗反射光干扰的三维测量方法研究

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第1章 绪论

1.1 结构光三维测量方法概述

1.2 结构光三维测量技术的应用

1.3 编码结构光三维测量的国内外研究状况

1.4 研究意义及主要完成工作

第2章 格雷码结构光三维测量原理

2.1 格雷码三维测量技术的基本组成

2.2 格雷码编码方法

2.3 结构光三维测量技术的标定原理

2.4 格雷码三维测量算法

2.5 本章小结

第3章 抗反射光干扰的格雷码三维测量方法

3.1 计算全局光照部分与直接光照部分

3.2 反射光对结构光三维测量过程的干扰

3.3 具有鲁棒性的像素分类方法

3.4 反射光干扰下的三维测量方法

3.5 实验验证与分析

3.6 本章小结

第4章 基于GPU加速的格雷码三维测量算法

4.1 CUDA并行计算编程模型

4.2 GPU实现三维测量算法

4.3 基于CPU+GPU异构模型的三维测量算法

4.4 实验验证与分析

4.5 本章小结

第5章 抗反射光干扰的快速三维测量实验

5.1 实验装置的搭建

5.2 实验装置的标定及结果

5.3 实验与分析

5.4 点云数据分析与实验评价

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

发表论文及科研情况说明

致谢

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摘要

编码结构光三维测量技术广泛应用于工业生产与生活应用的各个领域。本文在研究编码结构光三维测量方法国内外研究现状的基础上,基于格雷码结构光三维测量方法,对场景中存在物体表面反射光干扰的情况,以及对测量速度与测量结果完整性的要求,提出了GPU加速下具有抗反射光干扰的三维测量方法,并搭建实验装置,设计装置的软硬件组成,对关键技术进行研究与分析,对具有反射光干扰的场景进行实验,验证了本方法具有较好的鲁棒性,且投影数量少,处理速度快,验证了方法的可行性。本文的工作主要包括以下几个方面: 1.根据实际结构光三维测量过程中存在全局光照干扰导致错误的三维测量结果的情况,提出了一种在三维测量过程中用于减少反射光干扰的投影补偿算法,利用高分辨率投影图案,对场景中被反射光干扰的区域进行去噪。再经过统计分析算法对点云数据进行去噪、反馈,得到二次投影的掩码图案,经过投影补偿后得到场景的三维点云数据。 2.为提高三维测量速度,使用NVIDIA公司Tesla C1060显卡加速图像处理速度。在分析GPU硬件结构与软件编程模式的基础上,对格雷码结构光三维测量过程中的四种算法:全局光分解算法、像素分类算法、格雷码转换算法以及三角法计算三维信息,进行基于CUDA并行架构平台的改进与实现。 3.编写图像采集程序、投影控制程序以及同步控制程序,实现了三维测量实验装置。完成摄像机的标定,分析场景的全局光照与直接光照部分,在此基础上对摄像机获取的编码图案进行鲁棒性的像素分类,获取场景编码值,根据解码值与角点单应性矩阵完成投影仪的标定,进而获取实验装置全部内外参数。 4.结合抗反射光干扰的三维测量方法与GPU加速图像算法,实现GPU加速下具有抗反射光干扰的三维测量方法。搭建实验装置,对被反射光干扰的物体进行测量实验,获取完整的物体三维点云数据,相比于CPU重建,提升速度达到430倍,验证了方法的适用性。

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