基于编码结构光的三维扫描仪原型系统研发

本文实现了一个三维扫描仪原型系统，该原型系统能够在20秒左右的时间对10cm3～60cm3大小的物体完成一个面的三维数据采集工作，扫描结果以带RGB彩色值的三维空间点云表示，输出标准VRML 97文件。使用该三维扫描仪对良渚文物黑陶鼎和玉琮进行扫描可以获得精度较高的三维数据，对于石膏，金属，布料，塑料，木料，瓷器等多种材质的物体也能达到较好的扫描效果。 本文首先对目前市场上各种三维扫描设备做了大量的调研，对具体实现技术进行了比较全面的分类和比较；根据文物领域的实际应用需求，兼顾技术实现的可行性等多方面因素的考虑，本文三维扫描仪原型系统采用了投影编码结构光技术；编码结构光技术的核心是对投影图案进行编码设计，本文对当前投影图案的各种编码设计方案进行比较全面的分类和对比，采用了精度较高，编码简单，但是投影图案数量较多的Gray Code+Phase Shifting编码方案。 照相机和投影仪定标技术是原型系统的核心技术，本文给出了照相机和投影仪内外部参数求解步骤和详细的公式推导；图像主动线索特征提取和离散点三维重构是对原型系统采集的照片进行数据处理的关键步骤，本文给出了详细的实现方法；最后本文还定义了原型系统的性能参数，分析了影响原型系统扫描精度的多种因素。