【论文笔记】光学三维显微测量，条纹投影，多视点，系统标定，主动型标靶《基于条纹投影的多视点三维显微测量系统研究》（王猛）

1. 测量范围(chapter1)：

微小物体（毫米~厘米尺度）

2. 技术(chapter1)：

条纹投影（快速、非接触、高数据密度、高精度）

3. 多视点三维显微测量（MVFP-3DM）系统(chapter1)：

相比于传统的FP-3DM系统的优势

4. 利用scheimpflug成像原理(chapter2)：

解决多目之间共同聚焦区域过小的问题。（搭建两个视点及以上的 FP-3DM系统的难点在于立体视觉的结构使得成像系统之间存在夹角，而一般成像系统的聚焦平面与成像平面平行，使得不同视点的清晰聚焦区域之间也存在夹角，而 LWD 镜头的有限景深使得其共同聚焦区域大幅缩小，导致该测量系统难以正常工作。）

5. 同名点搜索(chapter2)：

双方向相位或者单方向相位加极线约束
极线约束：在双目立体视觉测量中，立体匹配（对应点的匹配）是一项关键技术，极线几何在其中起着重要作用。双目立体视觉系统中，有两个摄像机在不同角度拍摄物理空间中的一实体点，在两副图像上分别成有两个成像点。立体匹配就是已知其中的一个成像点，在另一副图像上找出该成像点的对应点。极线几何约束是一种常用的匹配约束技术。
极线约束是一种点对直线的约束，而不是点与点的约束，尽管如此，极线约束给出了对应点重要的约束条件，它将对应点匹配从整幅图像寻找压缩到在一条直线上寻找对应点。

6. 标定(chapter3)：不同于“相位高度映射”，两种标定方法

（1）基于广义成像模型的标定方法
该模型属于非参数化成像模型
该方法具有良好的普适性，可用来标定其他复杂成像系统

（2）基于正射投影成像及畸变模型的标定方法
该模型不再符合经典的透视投影相机成像模型
该方法：优点在于其数学上的畸变参数与物理上的像面倾斜结构能够相互对应，同时，作为参数化的标定方法，比较容易通过优化算法提高标定精度。但是该方法在计算成像面倾斜引起的成像畸变时，是利用实际的物方远心光路与成像面的几何关系推导的，具有一定的局限性。因为物方远心的光路在像方是会聚的，而双远心镜头的像方光束是平行于光轴，因此，该方法对双远心镜头并不适用。

7. 主动型标靶 (chapter3)

该方法以正交二值条纹的边缘交点为标志点，其中，使用互补的二值条纹的方法在图像中准确提取条纹边缘，不受该图像是否为清晰成像的影响，然后用一组正交格雷码对获取的边缘交点进行编码定位，完成标志点的提取。
优点在于其具备很高的灵活性，不仅可以在针对不同标定要求显示不同的标定图案，而且还可以在同一个标靶姿态下，显示多幅图案从而辅助标志点定位，此外还可以随时调整标定图案的亮暗程度。

8. 文章主要内容

第一章，概括介绍了针对微小物体的光学三维显微形貌测量的典型技术。回顾了条纹投影三维测量系统的一般原理和研究现状，在此基础上特别阐述了条纹投影显微测量系统的研究现状，并由此归纳总结了将条纹投影应用于显微三维测量时面临的主要问题 （即FP-3DM系统的不足：系统空间有限、小视场下景深有限、成像过曝光影响精度、局部遮挡），概述了课题来源和主要研究内容。

第二章，设计并搭建了条纹投影三维显微测量系统。包括基于体视显微镜的单视点 FP-3DM 系统和基于长工作距远心镜头的 MVFP-3DM 系统，分析评估了两种系统的结构及其优缺点，并重点对 MVFP-3DM 系统中引入 Scheimpflug 原理进行结构改造的有效性进行了实验验证，最后讨论了系统进行三维重建时使用的关键技术，包括相位的提取和展开、同名点搜索及深度像重建。

第三章，分析了 MVFP-3DM 系统使用物方远心镜头以及引入 Scheimpflug结构对成像过程造成的改变，针对该系统提出了两种不同的标定方法，一种是基于广义成像模型的非参数化标定，另一种是基于正射投影和修正畸变模型的参数化标定。通过相关实验分别证明了两种标定方法的有效性，并分析了各自的优缺点。最后提出了一种基于主动型标靶的标志点提取方法，使标志点的定位不受系统是否清晰成像的影响。

第四章，充分利用 MVFP-3DM 系统的多视点结构带来的数据冗余和信息互补，实现了系统在提高三维测量精度，扩展可测量深度范围及减少遮挡三方面的性能提升，并给出了相应的实验结果加以验证。此外，为保证系统三维重建的精度，对如何提高相位重建精度进行了分析。从降低相机噪声、提高相移步数、对条纹图进行归一化并滤波三个方面进行了论述，通过实验对上述方法进行了分析和验证。

第五章，进行全文的内容总结和工作展望。