3D surface shape measurement using stereoscopic camera based structured light systems

Tesis doctoral

Resumen

VLa mesura estructurada de la llum ens permet obtenir una forma tridimensional de superfície d’un objecte amb una gran precisió. Així, troba aplicacions àmplies en aplicacions industrials. A més, projectant patrons de franja digital a l’objecte mesurat, la llum estructurada garanteix una mesura de superfície flexible. D’ altra banda, la llum estructurada també ens permet mesurar tant objectes especulars com objectes difusors. Per a la mesura d’ objectes especulars, s’ introdueix la deflectometria. Aquí, els patrons de serrells són generats per una pantalla de cristall líquid (LCD). Per a la mesura d’objectes difusors, s’introdueix la profilometria. En aquesta tècnica, els patrons de franja són projectats per un videoprojector. En aquesta tesi, primer proposem un sistema de deflectometria de mesurament en fase estereoscòpica (SPMD), que conté dues càmeres i un LCD comercial, per complir la mesura d’ objectes especulars. En particular, mitjançant la introducció de la càmera estereoscòpica, s’elimina la ambigüitat normal d’altura-normal sense moure cap component del sistema. A continuació, proposem un algoritme de minimització d’ errors de fase, que es compleix cercant la diferència de fase mínima entre els píxels corresponents de la pantalla LCD i la càmera, per determinar simultàniament la superfície normal i l’ altura. A més, per aconseguir una minimització de fases eficient, utilitzem un mètode d’ encaix polinòmic. Finalment, s’utilitza la integració bidimensional de Fourier per reconstruir la forma de la superfície especular. A part del mesurament de superfície especular amb deflectometria, també proposem un sistema de profilometria de projecció de serrells estereoscòpics (SFPP) per realitzar el mesurament de la forma de la superfície de l’objecte difusor. En particular, un sistema SFPP utilitza la mateixa càmera estereoscòpica que en la configuració de la deflectometria, però adopta un projector de vídeo per substituir la pantalla LCD per projectar els patrons de franja. Amb la introducció de la càmera estereoscòpica, evitem la complexa calibració del videoprojector, aconseguint així una gran flexibilitat del sistema. Per a la reconstrucció superficial, la triangulació geomètrica s’ implementa realitzant una interpolació de subpíxels 2D, a partir de la qual millorem la precisió de reconstrucció superficial. Els esmentats dos sistemes només ens permeten mesurar la forma superficial d’ un objecte especular o d’ un difusor, però mostren insuficiències per mesurar un objecte híbrid especular-difusor. En aquest escenari, combinem tots dos sistemes per realitzar el mesurament d’objectes híbrids de difusió especular. Aquí, un sistema híbrid de deflectometria-perfilometria estereoscòpica (SDPH) conté la càmera estereoscòpica, una pantalla LCD i un projector de vídeo. En aquest cas, aquest sistema híbrid supera la inadequació de sistemes lluminosos estructurats de projecció única, ja que no només garanteix la mesura d’objectes especulars o difusors, sinó que també permet la mesura d’objectes híbrids especular-difusors. Per tant, s’ amplia encara més l’ aplicació de la mesura estructurada de la llum. En resum, demostrem en aquesta tesi tres sistemes de llum estructurats basats en càmeres estereoscòpics per realitzar el mesurament de la forma en superfície tridimensional. Aquests sistemes estereoscòpics revelen un gran potencial, ja que són capaços de mesurar les formes superficials d’objectes especulars, objectes difusors i fins i tot d’objectes híbrids de difusió especulativa amb alta resolució. Els sistemes proposats poden ser beneficiosos en diverses aplicacions industrials, on es requereix un sistema de mesura de forma precisa de superfície amb un esquema fàcil d’ implementar.
Fecha de lectura29 nov 2019
Idioma originalInglés
Institución de lectura
  • Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)
SupervisorJosep Nicolás Román (Director/a), Juan Ignacio Pedro Campos Coloma (Director/a) & Juan Ignacio Pedro Campos Coloma (Tutor/a)

Citar esto

'