論文中文摘要內容：
  結構光投影技術被廣泛應用於光學檢測上，當待測物有很高的反射係數，捕捉的影像會產生錯誤的光強度信息導致大量的雜訊及誤差，利用二維圖像處理高動態範圍(High Dynamic Range,HDR)技術可有效抑制影像過曝及暗噪產生的錯誤，影像在不同動態範圍中會有不同的亮暗對比特性，利用高動態範圍整合技術可有效優化光學量測中常見的反光雜訊，本篇論文整合結構光投影技術及高動態範圍影像處理技術於車燈殼三維形貌輪廓，搭配簡易機構設計以實現全自動化量測系統的建置，系統軟體技術包括七步相位移法、路徑獨立之相位展開技術、高動態範圍影像處理、二值化處理和線性回歸參考扣除面等技術，在相同待測物量測下，本篇論文開發的量測系統量測速度可到達每次量測3.83秒，量測範圍從26x26 mm的硬幣到620x180 mm的車燈殼都能量測，而市面上量測系統的量測速度則需14.3秒，且量測範圍只有200x150 mm，本套全自動化結構光量測系統在速度、精確度及量測範圍都有更佳的提升。

Abstract:
In this thesis, the structured light projection and high dynamic range processing technique are used to reconstruct the 3D geometry of car lamp housing. The optical measurement system with HDR technique can effectively avoid the common error caused by reflection. This study builds the fully automatic structured light measurement system including the techniques of seven-step phase-shifting, path-dependent phase unwrapping, HDR image processing, and linear regression reference plane deduction method. The experiment results are compared with the commercial system to verify the advantage of our measurement system. Under the same conditions, the measurement speed of the commercial system takes 14.3 seconds and the measurement range is 200x150 mm. Our system can measure with a speed of 3.83 seconds per measurement and the measurement range is 26x26 mm to 620x180 mm. According to the compared results, our fully automated measurement system can improve the 3D profile and has fast speed, accuracy, and provide a wide measurement range.

目錄
誌謝	I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄	IV
圖目錄	VII
表目錄	XIII
第1章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 文獻回顧	3
1.2.1 相位移技術	3
1.2.2 數位影像投影	5
1.3 研究動機及目的	12
1.4 研究方法	12
1.5 論文架構	14
第2章 自動化量測原理	15
2.1 概述	15
2.2 結構光投影	16
2.3 結構光相位移法	17
2.3.1 三步相移法	19
2.3.2 四步相移法	20
2.3.3 七步相移法	21
2.4 相位包裹法	22
2.5 相位展開法	24
2.6 參考平面扣除法	28
2.7 實際相位高度運算	30
2.8 高動態範圍成像技術理論	32
2.8.1 高動態範圍技術起源	32
2.8.2 高動態範圍技術	34
2.8.3 相機響應函數	35
2.8.4 色調映射	39
2.8.5 伽碼影像校正	42
2.8.6 高動態範圍技術的曝光方式	44
第3章 全自動化量測系統	46
3.1 全自動量測系統	46
3.1.1 投影設備	47
3.1.2 影像捕捉設備	48
3.2 實驗步驟	50
3.3 軟體操作介面	51
3.4 相移量測結果	53
3.4.1 三步相移結構光投影法	53
3.4.2 四步相位移量測結果	54
3.4.3 七步相位移量測結果	55
3.4.4 車燈殼相位包裹比較結果	56
3.4.5 車燈殼相位展開結果	57
3.4.6 側面圖輪廓結果比較	58
3.5 參考平面扣除法改良	59
3.5.1 參考平面扣除法	59
3.5.2 二值化濾除雜訊	60
3.5.3 線性回歸參考扣除平面	61
3.5.4 相位展開的Y軸傾斜面扣除	64
第4章 實驗量測結果	67
4.1 待測物圓洞方塊量測	67
4.1.1 條紋粗細比較	68
4.1.2 不同條紋粗細的包裹結果	69
4.1.3 不同條紋粗細的相位展開正面結果	70
4.1.4 不同曝光對不同條紋週期造成的影響	71
4.2 待測物高反光硬幣量測	79
4.2.1 硬幣待測物條紋粗細比較結果	79
4.2.2 不同條紋週期的硬幣包裹結果	80
4.2.3 不同條紋週期的硬幣相位展開正面結果	80
4.2.4 高動態範圍硬幣量測	81
4.3 待測物車燈殼量測	87
4.3.1 不同條紋週期的有消光劑的車燈殼影像	88
4.3.2 不同條紋週期的車燈殼包裹影像	89
4.3.3 不同條紋週期的車燈殼相位展開結果比較	91
4.3.4 不同曝光時間的車燈殼量測結果	94
4.3.5 不同曝光時間的車燈殼包裹與展開結果	95
4.3.6 沒有噴消光劑的車燈殼在不同曝光時間的量測結果	98
4.4 量測系統比較	102
第5章 結論	106
參考文獻	108

圖目錄
圖 1-1 結構光打至待測物上方的條紋變化	3
圖 1-2  DLP運作示意圖	5
圖 1-3  DMD反射鏡運作原理示意圖[13]	6
圖 1-4  LCD運作示圖	6
圖 1-5  相位移干涉光學量測系統示意圖[14]	7
圖 1-6  硬幣表面[14]	7
圖 1 7 數字99三維曲[14]	7
圖 1-8  N+1相移條紋影像[27]	8
圖 1-9  雙相機結構光系統示意圖[25]	9
圖 1-10  雙相機影像合併圖[25]	9
圖 1-11  結構光條紋圖對應相位[15]	10
圖 1-12  投影結構光到高反光材料鋼板[16]	10
圖 1-13  二進制散焦投影技術[17]	11
圖 1-14  不同曝光打至待測物公雞上並整合成HDR影像[17]	11
圖 1-15  影像校正依據過飽和及未飽和來區分[26]	12
圖 1-16  本篇論文研究步驟	13
圖 2-1  結構光量測系統架構圖	16
圖 2-2  實際相位與環境相位強度之間的關係	18
圖 2-3  三步相移條紋圖	19
圖 2-4  四步相移條紋圖	20
圖 2-5  七步相移條紋圖	21
圖 2-6  象限轉換圖	22
圖 2-7  展開相位值域後的新包裹面示意圖	23
圖 2-8  包含物體相位資訊的剖面	23
圖 2-9  路徑相依相位展開法的過程[21]	24
圖 2-10 良好的相位還原結果	25
圖 2-11 表示相位展開後斜率剖面圖	25
圖 2-12  相位展開還原示意圖	26
圖 2-13  影像相位差計算子遮罩塊	26
圖 2-14 區塊演算法示意圖[22]	27
圖 2-15  實際物體相位參考面扣除示意圖	28
圖 2-16  參考扣除面比較[43]	29
圖 2-17  相位及高度轉換示意圖	30
圖 2-18  實際世界的動態範圍對比照片的低動態範圍[38]	32
圖 2-19  高動態場景生成圖比較[23]	33
圖 2-20  人造相片影像彩現結果[24]	34
圖 2-21 不同曝光的鉻球[40]	34
圖 2-22  高動態範圍鉻球[40]	35
圖 2-23  相機響應函數示意圖	36
圖 2-24  單色相機響應函數曲線	36
圖 2-25  不同曝光的標定影像樣本[24]	39
圖 2-26  不同值對影像映射[29]	40
圖 2-27 不同的亮度影像[29]	40
圖 2-28 從實際場景打印到紙本場景對照區[29]	41
圖 2-29  使用不同的色調映射曲線求得結果[29]	42
圖 2-30  經過伽碼校正前後比較	43
圖 2-31 伽碼校正概念示意圖	44
圖 2-32 車燈殼反伽碼校正前後結果; (a)色調映射後的高動態車燈殼影像; (b) 經過反伽碼校正後的高動態車燈殼影像	44
圖 2-33  多重曝光示意圖[37]	45
圖 3-1  全自動結構光投影量測系統3D圖	46
圖 3-2  全自動量測系統架構圖	47
圖 3-3  Qumi 38投影機	47
圖 3-4  DMK33UP5000 CMOS相機	49
圖 3-5  自動化系統介面	51
圖 3-6  左上方的選單	51
圖 3-7  一鍵自動化分析結果介面	52
圖 3-8  三步結構光投影不同相位移法: (a)相位移為-120°  (b)相位移為0° (c)相位移為120° (d)為實際拍攝車燈殼的畫面	53
圖 3-9  四步結構光投影不同相移法: (a)相位移為0°  (b)相位移為90° (c)相位移為180° (d)相位移為270°	54
圖 3-10  結構光投影不同相移法: (a)相位移為-270° (b)相位移為-180° (c)相位移為-90° (d)相位移為0° (e)相位移為90° (f)相位移為180° (g)相位移為270° (h)實際拍攝車燈殼的畫面	55
圖 3-11  相位包裹圖: (a)三步 (b)四步 (c)七步	56
圖 3-12  相位展開結果圖: (a)三步正面 (b)四步正面 (c)七步正面	57
圖 3-13  側面輪廓結果比較: (a)三步剖面結果 (b)四步剖面結果 (c)七步剖面結果	58
圖 3-14  待測物陶瓷塊規	59
圖 3-15  參考平面扣除法: (a)陶瓷塊規相位展開斜面 (b)顏子評[43]的參考平面扣除結果	60
圖 3-16 二值化過程; (a) 影像閥值分布; (b) 將數值二值化成0和1	61
圖 3-17  塊規二值化過程: (a)高曝光相機擷取塊規影像 (b)二值化的結果 (c)影像處理後代測物輪廓建立	61
圖 3-18  雜訊濾除前後陶瓷塊規差別: (a)為濾除雜訊之前的展開正面 (b)濾除雜訊後的展開正面	61
圖 3-19  線性回歸示意圖	62
圖 3-20  線性回歸扣除剖面圖	63
圖 3-21  線性回歸參考扣除結果: (a)為顏子評[43]的參考扣除後的結果面 (b)線性回歸扣除面後的結果面	63
圖 3-22  參考扣除平面還原結果	63
圖 3-23  陶瓷塊規Y軸偏移	64
圖 3-24  Y軸傾斜面扣除面: (a)陶瓷塊規被捕捉邊框 (b)建立的Y軸偏移面	65
圖 3-25  Y軸扣除前後比較圖: (a)尚未扣除Y軸偏移的陶瓷塊規 (b)為扣除Y軸偏移的陶瓷塊規	65
圖 3-26  參考扣除面的平均相位差 	66
圖 4-1  待測物園洞方塊	67
圖 4-2  不同條紋週期投影在圓洞方塊上	68
圖 4-3  不同條紋週期的包裹結果	69
圖 4-4  不同條紋週期的相位展開正面結果	70
圖 4-5  條紋週期5.6 mm不同曝光時間的影像	71
圖 4-6  條紋週期5.6 mm不同曝光包裹圖	72
圖 4-7  條紋週期5.6mm不同曝光展開結果圖	72
圖 4-8  條紋週期5 mm不同曝光包裹圖	73
圖 4-9  條紋週期5 mm不同曝光展開結果圖	73
圖 4-10  條紋週期4.16 mm不同曝光包裹圖	74
圖 4-11  條紋週期4.16 mm不同曝光展開結果圖	74
圖 4-12  條紋週期3.26 mm不同曝光包裹圖	75
圖 4-13  條紋週期3.26 mm不同展開結果圖	75
圖 4-14  條紋週期2.38 mm不同曝光包裹圖	76
圖 4-15  條紋週期2.38 mm不同曝光包裹圖	76
圖 4-16  條紋週期1.61 mm不同曝光包裹圖	77
圖 4-17  條紋週期1.61 mm不同曝光包裹圖	77
圖 4-18  不同條紋週期在同樣曝光差距上的結果比較	78
圖 4-19  高反光硬幣	79
圖 4-20  不同條紋週期投影在待測物十元硬幣上	79
圖 4-21  不同條紋週期的硬幣包裹結果	80
圖 4-22  不同條紋週期的相位展開正面結果	81
圖 4-23  不同曝光時間的硬幣影像即高動態範圍技術產生的硬幣影像	82
圖 4-24  不同曝光時間的硬幣包裹結果與高動態範圍影像硬幣包裹結果	82
圖 4-25  不同曝光時間與高動態維影像的硬幣展開結果圖	83
圖 4-26  高動態結果比較; (a)1/50 s相位展開結果; (b)高動態範圍相位展開結果	83
圖 4-27  不同曝光時間的硬幣條紋圖產生的高動態範圍硬幣條紋圖	84
圖 4-28  不同曝光時間的硬幣條紋圖產生的高動態範圍硬幣包裹圖	85
圖 4-29  不同曝光時間的硬幣條紋圖產生的高動態範圍硬幣條紋展開圖	85
圖 4-30  車燈殼	87
圖 4-31  不同條紋週期的相位展開正面結果	88
圖 4-32  不同條紋週期的車燈殼相位包裹結果	90
圖 4-33  不同條紋週期的高動態範圍車燈殼相位展開結果	90
圖 4-34  不同條紋週期的車燈殼相位展開結果	92
圖 4-35  不同條紋週期的高動態範圍車燈殼相位展開結果	92
圖 4-36  不同條紋週期的高動態範圍車燈殼相位展開結果	93
圖 4-37  車燈殼相位展開經過高動態範圍處理的前後差別	93
圖 4-38  車燈殼還原結果經過高動態範圍處理的前後差別	93
圖 4-39  不同條紋週期的車燈殼相位展開結果	94
圖 4-40  不同條紋週期的車燈殼相位包裹結果	95
圖 4-41  不同條紋週期的車燈殼相位展開結果	96
圖 4-42  車燈殼量測結果: (a)為高動態範圍還原結果 (b)為低動態範圍還原結果	97
圖 4-43  車燈殼還原結果細節圖: (a)高動態範圍還原細節 (b)低動態範圍細節	97
圖 4-44  不同曝光時間與高動態範圍影像的車燈殼	99
圖 4-45  沒有噴消光劑的車燈殼在不同曝光時間與高動態範圍包裹結果	100
圖 4-46  沒有噴消光劑的車燈殼在不同曝光時間與高動態範圍展開結果	101
圖 4-47  高反光車燈殼展開斜面: (a)為高反光車燈殼展開相位斜面 (b)為經過高動態範圍技術處理的高反光車燈殼展開面	102
圖 4-48  沒有噴消光劑的車燈殼扣除參考平面後高動態範圍處理前後結果	102
圖 4-49  市面上的量測系統	103
圖 4-50  量測的待測物: (a) 40x40 mm景深方塊 (b) 50x50 mm圓洞塊規 (c) 50x32.5 mm複雜待測物 	103
圖 4-51  商用量測系統比較量測結果: (a)、(c)、(e)為市面上量測系統的量測結果，(b)、(d)、(f)為本量測系統量測結果。	104
表目錄
表 3-1 DLP投影機規格表	48
表 3-2 CCD相機規格表	49

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