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研究生:王信雄
研究生(外文):Hsin-Hsiung Wang
論文名稱:主動式快速物體外型重建技術研究
論文名稱(外文):A Study of Active speedy shape reconstruction system
指導教授:黃健生黃健生引用關係
指導教授(外文):Jeng-Shen Huang
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:重建深度量測主動式
外文關鍵詞:depth measurementactivereconstruction
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摘 要
本文主要目的在建立一套簡單、快速的主動式深度量測系統,重建物體表面資料,以利應用於逆向工程的前置作業。本系統由兩台CCD攝影機、一線雷射光束與一台個人電腦所構成,採用雷射光束(laser beam)為光源的主動式立體幾何法(active stereopsis)來量測物體的外形。
吾人利用兩台CCD攝影機擷取量測點的資料,經過三角幾何量測法計算出物體深度,並與實際深度作比較,同時也量測出物體三維座標,然後重建量測物體表面。
然後吾人利用此設計並校正過的深度量測系統量測階梯形木塊,可得到誤差約3.6%的結果。對於實際物體,選擇量測具有凹凸表面的滑鼠和寶麗龍碗,並比較其結果。
Abstract
This paper proposes a simple and fast active depth measure system that can be used in reversing engineering. The system comprises two CCD cameras and one laser beam as active stereopsis to measure the surface of object.
We use two CCD camera to get the stereo image pair, then calibrate the images, obtain the feature points by thresholding, and match the stereo points by averaging the gray level each row. Finally we calculate the depth by triangulation equation. Then the results of calculated depth are compared with measure results of the real depth. At the same time, we can get the shape of object.
The step object has been tested as synthetic image, and we got a good result. Meanwhile, we use polystyrene bowl and mouse as real images, we obtain good depth map by using this developing system.
目 錄
中文摘要----------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要----------------------------------------------------------------------------------------Ⅱ
誌謝----------------------------------------------------------------------------------------------Ⅲ
目錄----------------------------------------------------------------------------------------------Ⅳ
圖目錄-------------------------------------------------------------------------------------------Ⅵ
表目錄-------------------------------------------------------------------------------------------Ⅷ
第一章 緒論---------------------------------------------------------------------------------1
1-1 前言-------------------------------------------------------------------------------------1
1-2 文獻回顧-------------------------------------------------------------------------------2
1-2-1 定位法-------------------------------------------------------------------------3
(1) 三角法量測原理-------------------------------------------------------------3
(2) 飛行時間法-------------------------------------------------------------------3
1-2-2 量測技術----------------------------------------------------------------------4
(1) 雷射掃描----------------------------------------------------------------------4
(2) 結構光法----------------------------------------------------------------------4
(3) 疊紋法-------------------------------------------------------------------------5
(4) 結構光和疊紋法的結合----------------------------------------------------5
(5) 干涉儀-------------------------------------------------------------------------5
1-3 研究之目的與內容-------------------------------------------------------------------6
第二章 視覺系統架構-------------------------------------------------------------------8
2-1 數位影像處理架構-------------------------------------------------------------------8
2-2 實驗設備------------------------------------------------------------------------------10
2-3 CCD架設的旋轉角度---------------------------------------------------------------12
第三章 數位影像處理與系統校正------------------------------------------------14
3-1 數位影像處理原理-----------------------------------------------------------------14
3-1-1 二值化影像處理------------------------------------------------------------14
3-1-2 條紋細線化技巧------------------------------------------------------------15
3-1-3 對應點的判定---------------------------------------------------------------16
3-2 系統校正------------------------------------------------------------------------------17
3-2-1 CCD攝影機參數校正------------------------------------------------------17
3-2-2 平台校正---------------------------------------------------------------------19
第四章 深度量測------------------------------------------------------------------------21
4-1 三角幾何量測------------------------------------------------------------------------21
4-1-1 兩CCD平行時的量測-----------------------------------------------------21
4-1-2 兩CCD旋轉角度後的量測-----------------------------------------------22
4-2 影響深度量測精度的參數--------------------------------------------------------22
4-2-1 CCD攝影機及鏡頭(Lens)-------------------------------------------------22
4-2-2 光源---------------------------------------------------------------------------22
4-2-3 物體的表面形狀及材質---------------------------------------------------23
4-2-4 量測位置---------------------------------------------------------------------23
4-3 實驗步驟------------------------------------------------------------------------------23
4-4 誤差計算------------------------------------------------------------------------------25
第五章 實驗討論-------------------------------------------------------------------------26
5-1 實驗結果------------------------------------------------------------------------------26
5-1-1規則形:階梯形木塊-------------------------------------------------------26
5-1-2實際物體量測:滑鼠、寶麗龍碗----------------------------------------26
5-2 實驗討論------------------------------------------------------------------------------28
第六章 結論及未來研究方向-------------------------------------------------------38
6-1 結論------------------------------------------------------------------------------------38
6-2 未來研究方向------------------------------------------------------------------------38
參考文獻------------------------------------------------------------------------------------39
附錄一 階梯木塊表面深度計算結果-------------------------------------42
附錄二 滑鼠表面深度計算結果------------------------------------------- 45
附錄三 寶麗龍碗的深度計算結果----------------------------------------48
參 考 文 獻[1] I. Walker and A. F. Waillis, "Applications of 3-D Solid Modelling to Coordinate Measure Inspection," Int.J. Mach. Tools Manufact., Vol.32, No1/2, pp.195-201 (1992)[2] D. W. Manthey, K. N. Kanppal, and Lee, "Calibration of a laser range-finding coordinate-measuring machine," Opt. Eng. 33(10), pp.3372-3380 (1994)[3] T. C. Strand, "Optical three-dimensional imaging system," Opt. Eng. 33(6), pp.2070-2075(1985)[4] P. J. Besl, "Active Optical Range Imaging Sensors," Machine Vision and Applications, pp.127-152 (1988)[5] B.Bidanda, S. Motavalli and K. Harding, "Reverse engineering: an evaluation of prospective non-contact technologies and applications in manufacturing systems," Computer Integrated Manufacturing, Vol.4, No.3, pp.145-156 (1991)[6] G. Bickel, G. Hausler, and M. Maul, "Triangulation with expended range of depth," Opt. Eng. 24(6), 975-977 (1985)[7] C. P. Wang, "Laser Doppler displacement measurement," Laser & Optronics, Sep., pp.69-71 (1987)[8] Y. Satio, "Range Finding System for 3-D object Recognition," Information Science and Engineering pp.285-310 (1990)[9] M. Magee and R. Weniger, "Isolation of three dimensional features of known height using a light-striped stereopic system," SPIE, Vol.1822, pp.175-187 (1992)[10] C. Bradley and G. W. Vickers, "Free-form surface reconstruction for machine vision rapid prototyping," Opt. Eng. 32(9), pp.2191-2200 (1993)[11] G. Stockman and G. Hu, "Sensing 3-D surface patches using a projected grid," IEEE (1986)[12] P. K. Commean, K. E. Smith, G. Bhatia, and M. W. Vannier, "Geometric design of a multi-sensor structured light range digitizer," Opt. Eng. 33(6), pp.1349-1358 (1994)[13] A. Godwani, G. Bhatia, and M. W. Vannier, "Calibration of a multisensor structured light range scanner," Opt. Eng. 33(4), pp.1359-1367 (1994)[14] J. Peter Rosenfeld and Constantine J. Tsiko, "High-speed space encoding projector for 3D imaging," SPIE, Vol.728, pp.146-151 (1986)[15] H. Takasak, "Moire topography," App. Opt. 9(6), pp.1467-1472 (1970)[16] A.K.Asundi, C.S. Chan, and M. R. Sajan, "360-deg profilometry : new techniques for display and acquisition," Opt. Eng. 33(8), pp.2760-2769 (1994)[17] M. Idesawa, T. Yatagai, and T. Soma, "Scanning moire method and automatic measurement of 3-D shape," App. Opt. 16(8), pp2152-2162 (1977)[18] S. D. Blostein and T. S. Huang, "Error analysis in stereo determination of 3-D point posiyions," IEEE PAMI-9(6), pp.752-765 (1987)[19] J. A. Jalkio, R. C. Kim, and S. K. Case, "Three dimensional inspection using multistripe structured light," Opt. Eng. 24(6), pp.966-975 (1985)[20] Y. D. Chen, X. J. Tang, J. Ni, and S. M. Wu, "Automatic Digitization of Free-Form Curve by Coordinate Measuring Machine," PED-Vol.62, Engineered Surfaces, ASME, pp.47-59 (1992)[21] G. C. I. Lin, "An Intergrated Reverse Engineering Approach to Reconstruct Free-Form Surfaces in Coordiate Measurement Machines," Int. J. of Computer Intergrated (1995)[22] Bernd Jahne, "Digital Image Processing," Spring-Verlag, pp.83-87 (1991)[23] R. Y. Tsai, "An Efficient and Accurate Camera Technique for 3D Machine Vision," Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp.364-374 (1986)[24] R. Y. Tsai, "An Efficient and Accurate Camera Technique for 3D Machine Vision," Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp.364-374 (1986)[25] 周暉凱,"3D曲面CAD導引式量測",國立台灣大學機械工程研究所碩士論文(1996)[26] 許秋榮,"多軸混成式三次源量測法的研究",國立台灣大學機械工程研究所碩士論文 (1992)[27] 邱顯智,"逆向工程掃描點資料前置處理與曲面重建",國立中正大學機械工程研究所碩士論文 (1996)[28] 戴文智,"三維輪廓影像視覺掃描量測技術之研究",私立中原大學機械工程研究所博士論文 (1996)[29] 何昭慶,"三維影像量測曲面疊合技術研究",國立台灣大學機械工程研究所碩士論文 (1997)[30] 曾秉儒,"三維影像快速量測系統",國立台灣大學機械工程研究所碩士論文 (2000)
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13. 李承禹著,「台商資訊產業大陸投資之現況與展望」,《共黨問題研究》。台北:共黨研究中心,第26卷,第7期,2000年7月15日。
14. 王信賢著,「經濟全球化與中國大陸國家角色分析」,《東亞季刊》,第30卷,第4期,1999年9月。
15. 尤素芬著,「由華勒斯坦世界體系理論談台灣地區關廠現象的產生(一)」,《勞工之友》,第515期,1993年11月。
 
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