无人机动态目标的快速捕获跟踪演示实验

为避免多级灰度值编码所带来的非线性问题,并 进一步提高测量速度和适应性,提出了一种二 元阶梯相位编码方法。首先,利用传统N步相移法,投影若干幅 正弦光栅条纹到待测物体表面,接着投影 若干幅相移条纹对应的采用二值化编码的条纹;在通过四步相移法求得光栅条纹的包裹相位 后,利用二值 编码条纹解调后得到的阶梯相位,确定光栅条纹的周期级次;最终根据周期级次对包裹相位 进行解包裹得 到绝对相位,完成相位去包裹。利用二值化条纹进行阶梯相位编码的方法,克服了传统阶梯 相位编码方法 使用多级灰度值引起的非线性问题。实验结果表明,以单通道投影图像数目为标准,在同等 条件下,与已有的同类方法相比,本文方法的测量速度提高了12.5% ,且适应性强,能够有效地进行物体的三维形貌测量。     

四步相移结合互补格雷码的快速相位展开

为提高相移条纹投影测量系统的精度与效率,提出了一种四步相移结合互补格雷码的快速相位展开方法,有效消除了相位展开误差,并能够显著提升计算效率.引入的互补格雷码与传统格雷码的条纹阶次存在半周期错位,利用这种错位与中值滤波结合可完全消除相位展开误差.首先,采用大津法对全亮图案进行二值化生成掩码图像;其次,以掩码图像非零区域为...     

分离物体三维测量的彩色结构光编码新方法

提出了一种结合颜色、格雷码和正弦光栅的编码新方法,用于测量空间分离物体的三维面形。该彩色格雷码正弦条纹图案表现为用颜色信息编码的正弦条纹图案,利用此条纹图案来记录物体的三维面形数据。首先投射一幅彩色格雷码正弦条纹来调制被测物体的三维信息,摄像机拍得物体表面的变形条纹图,然后应用傅里叶变换方法获取截断相位,根据编码特征进行解码来指导截断相位的展开,获得展开相位,进而恢复出物体的三维面形。该方法编码稳定,解码方法可靠,只需要拍摄一幅图,就可以较好地重建空间分离物体的三维面形。空间分离物体的实验结果以及与基于调制度排序的截断相位二维空间展开结果的对比,均证明了该方法的正确性和可行性。     

绝对相位展开方法研究

提出一种新光学三维传感方法。该方法通过投影多组周期不同的正弦光栅条纹到被测物体表面,通过相移算法,反解各组投影条纹的截断相位,并采用所提绝对相位展开方法,对截断相位进行了解调,实现了对物体表面的测量。与双频光栅投影测量方法及传统时间相位展开方法相比,该方法投影条纹组数灵活、测量效率高,实验证明该方法的适用性。     

结合条纹和伪随机结构光投影的三维成像

结合条纹和随机图案投影的优点,提出了一种基于条纹投影相移和伪随机图案相结合的三维成像方法。所提方法仅需投影四幅等步相移的正弦条纹图和一幅伪随机结构光图案,结合极线约束条件和图像相关技术,建立左右两相机折叠相位的相互对应关系,在相互对应的折叠相位中,用相位值作为编码来实现双目对应匹配,故不需要对折叠相位进行展开便可实现三维重建。实验结果表明,与传统方法相比,所提方法减少了图像序列采集时间,其三维重建结果的致密性、稳健性以及精度都未受影响。     

基于双N步相移与全频解相的三维测量方法

针对N步相移法无法克服测量系统中投影设备的非线性响应以及抑制三频外差解相存在的跳跃性误差,提出基于双N步相移与全频解相的三维测量方法.首先,通过标准双4步相移法求解初始包裹相位与融合包裹相位,依据条纹调制度确定组合包裹相位;然后利用三频外差法对部分条纹解包裹获得一级条纹级数,再基于全频解相算法中条纹级数与相位的关系,获得二级条纹的展开相位.最终的实验结果表明:所提方法实现简单,展开相位平滑无跳跃性误差,相比现有方法解相效果更好.     

三维形貌测量中基于错位条纹的解相位方法

针对光栅投影法三维测量中的相位展开问题,提出一种用四步相移法求取折叠相位的解决方案.在相移图中,提取带有90°相移的4个单周期正弦条纹,对4个单周期正弦条纹进行编码组合,生成错位条纹.测量中,摄像机获取的错位条纹图像和相移图像按灰度值相减,得到4幅条纹差图,提取各差图中灰度值为零的条纹,依此确定错位条纹图像中各个单周期...     

用于非均匀条纹的二值时空编码相位展开方法

为解除现有非均匀条纹解相位方法对系统测量精度的限制,提出一种非均匀条纹的二值时空编码解相位方法。由标准非均匀条纹的截断相位反求截断相位分界线,对分界线进行二值编码与解码。采用四步相移法,只需三幅辅助编码图像即可准确获得非均匀条纹的绝对连续相位。建立非完全约束系统,利用二次多项式拟合绝对相位与物体深度关系,通过仿真实验与现有方法比较,拱桥形物体各对称点高度差值的均值和均方差分别降低了65%和51%;长方体测量误差的均值和均方差分别降低了95%和90%;同时,利用该方法对实际长方形物体表面进行测量,与三坐标测量仪的测量结果比较,平均误差仅为0.64%。实验结果表明:所述方法可提高非均匀条纹相位展开质量,在减少投影图像幅数的情况下,提高测量精度。     

改进的阶梯相位去包裹算法研究

为减少投影条纹数量,提高测量速度,提出了一种 改进的阶梯相位去包裹算法。算法 采用彩色条纹投影测量物体三维形貌,将正弦和阶梯相位条纹分别输入彩色图像的红 色和蓝色通道构成彩色条纹,由DLP投影仪将四步相移彩色条纹投影到待测物体上,由彩色 CCD相机采集。利用颜色分离技术得到2组四步相移条纹图,其中一组为4幅正弦条纹,由四 步相移法求得正弦条纹包裹相位,另一组4幅阶梯相位编码条纹图,由与正弦条纹周期一致 的阶梯相位构成,经阶梯相位解码确定条纹级次,利用自校正算法去除条纹级次噪点后,实 现相位去包裹。进行了实际测量,结果表明,本方法 测量精度与采用四步相移法相当,但只需4幅条纹图,有效减少了投影和采集的条纹数量, 提高了测量速度。     

基于自适应插值滤波的室内环境高速重建系统

针对室内环境重建过程中的光源干扰,以及相移条纹投影过程中因产生Gamma变换造成相位展开时包裹相位周期与格雷码级次周期无法保持严格一致,从而出现相位值跳变的问题,提出一种基于自适应插值滤波的抗全局光照重建方法,并利用高速投影方式将光源干扰的影响程度降低。首先向被测环境表面投影二值离焦相移条纹与高频格雷码条纹,利用希尔伯特变换以及高频解码方法求解展开相位;其次运用自适应插值滤波算法对存在跳变的展开相位进行修复;最后还原被测物体的形貌特征。通过分析跳变点类型针对性地对其进行插值滤波,消除相位跳变、避免重复相位的产生。与传统全局中值滤波方法相比较,笔者的方法可以在精度更高的条件下同时将效率提高90%,达到了高速高质量室内环境重建的目的。     

改进的双频几何约束条纹投影三维测量方法

双频条纹投影已经广泛应用于三维形貌测量,然而其相位展开的准确性受噪声影响较大。文中提出了一种改进的双频几何约束条纹,通过提高低频相位的频率,有效地提升了相位展开的鲁棒性。在三维测量过程中,首先,利用五步相移算法计算出双频条纹的高频相位和低频相位。然后,利用几何约束方法展开低频相位。最后,采用双频算法展开高频相位,进而重建出物体的三维形貌。仿真和实验结果均表明,相对于传统双频条纹,改进的双频条纹具有更高的鲁棒性和适用性。     

绝对编码光栅的相位细分

针对位移精密测量中提高绝对编码光栅的分辨率,提出一种绝对编码的相位细分方法。由自然码或格雷码的多码道光栅组成编码光栅,其基元码道是高频率的罗奇光栅,解码采用傅里叶变换相位计算方法,通过傅里叶变换、空间频域滤波和逆傅里叶变换得到基元码道的相位分布,利用格雷码的级次信息得到展开的相位分布。利用相位分布的线性性质进行线性拟合,实现高分辨率的相位细分。分析了实验原理并进行了提高分辨率的相位细分实验研究,实验结果表明,采用相位细分的方法,经过标定后可大大提高绝对编码光栅的分辨率和测量精度。     

ign language learning based on high-speed fringe projection profilometry employing defocused binary fringe

A high-speed fringe projection profilometry employing defocused binary fringe is presented to record the 3-D sign language, including gesture and mouth movement, to help people learn the sign language. It employs a number of advanced approaches, such as fringes binarization and defocus method, high precision phase calculation based on the phase-shifting method and the three pitches heterodyne unwrapping(TPHU) method, and how to combine multiple binary fringes into a 24-bit fringe. Experiments have shown that the proposed system can acquire and display high-quality 3 D gesture and mouth movement at a speed of 500 frames per second.     

瞬时频率引导的小波变换轮廓术相位解包裹技术

提出了一种新的用于小波变换轮廓术进行相位解 包裹的质量图建立方法。对受物体形貌调制的变形 条纹图,利用小波变换相位解调技术获得变形条纹的包裹相位与瞬时频率;将瞬时频率与条 纹载频的绝对 差值和相邻像素点之间瞬时频率的变化程度两方面建立质量图,质量图值的大小可表示位 相质量的好坏, 质量图的值越小,相位质量越可靠;再设定阈值,将质量图分为质量好坏两部分,不同 部分分别采用 扫描线算法和洪流相位解包裹法进行位相解包裹。本文方法在提高解包裹处理速度的同时, 还可以更为精确 地检测出噪声、阴影或条纹突变等区域,使相位解包裹精度和效率得到了保证。通过理论分 析、仿真分析、 实物静态和动态实验表明,与现有的质量图引导的洪流相位解包裹法 相比,本文方法解包裹速 度更快,适用于动态测量中大量变形条纹图的相位精确快速解包裹。     

Two-dimensional phase unwrapping using a block least-squares method

We present a block least-squares (BLS) method for two-dimensional (2-D) phase unwrapping. The method works by tessellating the input image into small square blocks with only one phase wrap. These blocks are unwrapped using a simple procedure, and the unwrapped blocks are merged together using one of two proposed block merging algorithms. By specifying a suitable mask, the method can easily handle objects of any shape. This approach is compared with the Ghiglia-Romero (1994) method and the Marroquin-Rivera (1995) method. On synthetic images with different noise levels, the BLS method is shown to be superior, both with respect to the resulting gray values in the unwrapped image as well as visual inspection. The method is also shown to successfully unwrap synthetic and real images with shears, fiber-optic interferometry images, and medical magnetic resonance images. We believe the new method has the potential to improve the present quality of phase unwrapped images of several different image modalities.     

Unwrapping ground displacement signals in satellite radar interferograms with aid of GPS data and MRF regularization

Synthetic aperture radar (SAR) images acquired by radar satellites at different times can be combined into interferograms that reveal information about the change in range from ground to satellite, wrapped into phase fringes corresponding to half the radar wavelength. We describe a methodology that uses Markov random field (MRF) regularization and simulated annealing optimization to unwrap such differential interferograms. Often, repeated Global Positioning System (GPS) geodetic measurements are available in an area covered by interferograms. Here, such repeated GPS observations are used to provide a complementary measurement of the unwrapped change in range at sparse locations. The process of unwrapping interferograms can be initialized and guided with such sparsely located "correct" values. Both interferograms and GPS observations may include several error factors, which are reduced before combining the two observations. GPS-measured range change is used to eliminate residual orbital error. In the unwrapping procedure, a vectorized lowpass filter is used to gain temporarily increased smoother variation of the phase. For the purposes of initializing the unwrapping process, virtual unwrapped interferograms are created by ordinary kriging of GPS-measured range change. The initial interferograms are then optimized further by using MRF regularization that incorporate the assumption of a smoothly varying displacement field and the relationship of the unwrapped images to the GPS observations. A simulated annealing optimization algorithm is used to find an optimal solution of the MRF regularization. The smoothed unwrapped interferograms are then used to construct unwrapped versions of the unfiltered input interferogram. Several additional image analyses methods are used in the optimization process to make the unwrapping more efficient and faster. The unwrapping technique is applied to unwrap interferograms from the Reykjanes Peninsula, in southwest Iceland.     

使用区域重构技术的路径无关相位解包方法

相位解包在光学测量领域有着广泛的应用,其中路径相关类解包方法通常计算速度较快,但抗噪声能力较弱;而路径无关类方法的鲁棒性好,但大多存在迭代收敛慢、计算量大的问题。因此,将区域重构技术引入解包运算中,得到一种新的路径无关类解包方法。该方法对于矩形区域数据能够直接求解解包相位,无需迭代过程;设计了采样-重组加速方法使运算量大幅减小,计算速度优于同类解包方法;使用Gerchberg式迭代过程能够解决不规则孔径内的数据解包问题,可在少量迭代后收敛。通过仿真验证了该方法在矩形区域内的直接求解精度和加速法的效能,通过对实验数据的解包验证了算法处理不规则孔径数据的能力。     

小波变换在位相展开中的应用

在结构照明型光学三维传感和干涉型计量技术中，都需要将计算出的截断位相恢复为物理参数对应的连续位相，位相展开的过程中，对于十分复杂的截断位相，如何有效地标记出极点和截断线是至关重要的。本文提出利用小波变换寻找截断线的方法，利用小波变换系数的模极大值与局部奇异性的关系，通过检测小波变换系数模极大值的位置来标记截断线的基本走向，进而采用图像处理中的二值数学形态学处理方法形成完整的截断线，构成指导位相展开的控制模板，新算法有效地标记了极点和截断线，将位相展开的错误限制在局部范围。本文给出了这种算法的详细分析和计算机模拟实验的结果。     

A new phase calculation method in 3D optical phase measurement by combining PSP with IFTP

The improved Fourier transform profilometry(IFTP) and phase-shifting profilometry(PSP) are typical phase calculation methods in 3D optical phase measurement.The PSP has a high ability of anti-noise,but the projective grating needs a spatial frequency as high as possible,so that the wrapped phase results in superposition due to undersampling.IFTP expands measuring range,but the loss of high frequency component in the wrapped phase would cause a fast change of phase.Considering the advantages and disadvantage...