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基于空间编码结构光的高精度三维重构关键技术研究的任务书
任务书
任务名称：基于空间编码结构光的高精度三维重构关键技术研究
任务背景：
随着工业制造、文化遗产保护等领域对三维重建技术需求的增加，三维重建技术逐渐发展成为重要的研究领域。目前，结构光三维扫描技术是一种常用的三维重建方法，其基本原理是通过将场景形成的三维图案解码，获得场景的三维形状信息。然而，随着对精度要求的提高和场景的复杂性增加，传统的基于结构光的三维重建技术面临着很多挑战，如解码误差、光照变化、物体表面材质变化等。
为了克服这些难题，一种基于空间编码的结构光三维扫描技术逐渐受到关注。该技术通过在投影光中引入空间编码，在光照变化、物体表面材质变化等情况下仍能高精度地进行三维重建。因此，对于该技术的研究具有重要的意义。
任务目标：
本任务的目标是研究基于空间编码的结构光三维扫描技术，以实现高精度的三维重建。具体目标包括：
1.设计一种适用于空间编码结构光的投影系统，实现对场景的高精度投影。
2.研究基于空间编码的结构光三维扫描算法，提高三维重建的精度。
3.针对物体表面材质变化、光照变化等因素，研究提高解码精度的方法。
4.实现一个完整的基于空间编码结构光的三维重建系统，推广应用于工业制造、文化遗产保护等领域。
研究内容：
1.设计投影系统
在设计适用于空间编码结构光的投影系统时，需要考虑光源、光路、投影屏幕等因素，保证投影光的高精度和匀质性。具体研究内容包括：
1.1设计具有高亮度和稳定性的投影光源。
1.2设计具有高反射率的投影屏幕，以提高投影光的亮度和分辨率。
1.3研究光路的设计，确保投影光能够准确地投射到被测物体上。
1.4设计充分考虑易于操作和维护的投影系统。
2.研究算法
基于空间编码的结构光三维扫描算法是完成高精度三维重建的核心。该算法将光源投射到场景中，在空间中产生编码，通过解码获取场景的三维形状信息。具体研究内容包括：
2.1研究目前常用的结构光三维扫描算法，了解它们的优点和缺点。
2.2在了解编码结构的基础上，提出一种基于空间编码的结构光三维扫描算法，实现高精度的三维重建。
2.3针对解码精度的提高，研究降低噪声、消除干扰等方法。
3.实现系统
在研究算法的基础上，需要实现一个完整的基于空间编码结构光的三维重建系统。该系统应包括投影系统、摄像系统、数据处理系统等。具体研究内容包括：
3.1选取合适的摄像系统，确保它具有足够高的分辨率和捕捉速度，可以实现高精度的三维重建。
3.2设置自动对焦和自动曝光等摄像机参数，以提高数据质量。
3.3建立数据处理算法，将从摄像机中获取的数据进行处理，获得高精度的三维重建结果。
4.推广应用
完成一个具有高精度的三维重建系统后，可以将该技术应用于工业制造、文化遗产保护等领域。具体推广应用的内容包括：
4.1将该技术应用于工业制造等领域，实现对大型机器设备、汽车、飞机等复杂场景的三维重建和快速检测。
4.2将该技术应用于文物保护等领域，实现对古迹、文化遗产等珍贵文物的高精度三维重建和保存。
研究计划：
本任务的研究计划如下：
第一年：
1.完成投影系统的设计和建立。
2.学习基础算法，了解目前结构光三维扫描算法的基本原理和编码结构。
第二年：
1.研究基于空间编码的结构光三维扫描算法，提高三维重建的精度。
2.确定合适的摄像系统，完成系统实现。
第三年：
1.实现一个基于空间编码结构光的三维重建系统。
2.将该技术应用于工业制造、文化遗产保护等领域，推广应用。
任务要求：
1.完成任务的研究人员应具有相关领域的专业知识和经验，具有独立开展科研工作的能力。
2.研究人员应定期向任务主管部门汇报研究进展情况，并及时解答任务主管部门提出的问题。
3.研究人员须按时提交任务中规定的中期报告、结题报告等。
4.任务完成后，应向任务主管部门提交完整的任务报告和研究成果汇报，并提交相关资料和技术文档。
5.任务完成后，应开立正式的技术服务合同，确保提供的技术服务符合国家相关标准和质量要求。
任务经费：
本任务的经费将由资助方提供，根据任务的具体研究内容和需要，经费总额为200万元人民币。
任务执行单位：
本任务的执行单位为国内某高校的机械工程系。
任务主管部门：
本任务的主管部门为国家自然科学基金委员会。
拟定任务起止时间：
本任务的起止时间为2022年1月1日至2024年12月31日。