基于相位信息的三维视觉测量技术研究

随着三维视觉技术广泛应用于类镜面测量,对其精度的要求也日益严苛.基于相位信息的三维视觉测量技术,向被测物表面投影条纹光,然后获取经被测物表面调制后的图像,解调出待测物的相位信息,进而重建物体三维信息.通过论述相位测量轮廓术(PMP)和相位测量偏折术(PMD)的原理和检测流程,分析出该检测系统的误差来源.重点论述了4种P...     

基于条纹跟踪的动态过程三维轮廓术

针对在快变化动态过程三维轮廓术中,成像设备拍摄频率不满足抽样定理,对物体表面动态条纹时间采样不足以及物体表面发生破裂的动态过程,提出一种采用标记条纹进行跟踪的动态过程三维轮廓术,能有效地解决因成像设备时间采样不足和条纹断裂对三维相位展开所带来的影响问题,获得物体正确的动态面形分布,计算机模拟证实了此种方法的正确性。     

一种改进的两步时域相位去包裹算法

针对时域相位去包裹方法在三维形貌测量时存在采 集图像幅数多、数据量大和处理时间长等问题,提出了一种改进的两步时域相位去包裹算 法。首 先,增加中间灵敏度投影条纹,将不同灵敏度光栅条纹投射到待测物体表面,由CCD相机采 集;再通过不同灵敏度级联,得到最 终灵敏度系数G值较大的去包裹相位数据。推导了两步时域相位去包裹算法 的初始相位条件。并进行了实际测量。结果表明,本文方法可实现高灵敏度三维形貌测量, 测量结果精度更高。     

复合相位测量轮廓术研究

最近提出了一种只投影一幅复合光栅就可测量物体三维面形的复合相位测量轮廓术（CPMP），其中复合光栅是由四个不同频率的载频分别调制与其方向垂直的四帧相移条纹并叠加形成的。本文对CPMP在理论及实验上进行了进一步的研究，并将之与相位测量轮廓术（PMP）进行了比较分析。结果表明对于高度连续变化的物体的动态测量，CPMP具有较大的应用前景。这对于复合相位测量轮廓术的进一步应用具有实际指导意义。     

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。     

条纹投影轮廓术系统模型与标定综述

条纹投影轮廓术能较好地兼顾系统灵活性与测量精度,是光学三维表面成像与测量的主流技术。利用条纹投影轮廓术进行三维成像,首先需要建立合适的系统模型,然后通过系统标定来确定描述模型的系统参数,最后利用标定的系统模型进行三维重建,获得物体的三维表面形貌。由此可见,系统标定与系统模型密不可分,对三维成像的性能有直接影响。根据相位-三维映射和双目立体视觉两类不同的工作原理,对条纹投影轮廓术的系统模型和系统标定方法进行了综述,并简要总结了评估系统精度的方法和依据。     

应用三步相移法的三维面形测量

提出一种基于三步非定步相移的三维面形测量方法。首先将投影仪投出的光栅进行预校正,保证投到参考面的条纹为标准的正弦条纹。测量时,由投影仪投影三幅等相移量的光栅到待测物体表面,CCD相机对应采集三帧变形条纹图,由相位计算模型提取相位。最后通过高度映射公式恢复待测物体的三维面形。该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大情况下,仍能进行测量,为动态在线测量奠定了基础。模拟及初步实验均验证了该方法的可行性。     

生物细胞定量相位显微技术及相位恢复方法的新进展

相位显微技术,尤其是定量相位显微技术,能够非侵入、无损伤地实现相位体形态结构成像,从而在生物细胞结构分析、类别识别和动力学行为研究中有着极其重要的应用。根据相位显微成像光路特征对相位成像技术做了分类,对典型的同轴干涉和离轴干涉两类成像技术进行了特征评析,并且介绍了这两类技术中几种重要的相位恢复方法,对三维定量相位显微技术的最新研究现状也给予了简单介绍,最后展望了相位显微技术未来的发展趋势。     

光栅投影相位测量轮廓术在SMT锡膏三维检测中的应用研究

该文研究采用光栅投影相位测量轮廓术实现锡膏三维测量,选择合适的硬件设备搭建了锡膏三维测量实验系统,采用四步相移法进行锡膏三维测量.实验结果表明,该文所设计的锡膏三维测量实验系统采用光栅投影相位测量轮廓术能够重建锡膏三维信息,可以达到锡膏三维检测精度的要求.     

三维面形测量中结构光场的非线性分析和校正

在基于数字投影的结构光三维面形测量中,相位测量轮廓术和傅立叶变换轮廓术是两种重要的方法,但由于受到CCD探测器光电响应的非线性、投影伽马的非线性以及环境光照等因素的影响,引起投影条纹正弦性的下降,最终导致相位和重建面形的误差.本文提出一种实用的结构光场生成方法,有效改善了结构光场的正弦性.从成像系统出发,通过理论推导,...     

深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量

数字光栅投影三维测量技术,通过离焦投影二值光栅条纹,生成三维测量所需正弦光栅条纹,能够实现超高投影速度,在快速三维测量领域具有极大潜力。但是,二值光栅条纹不可避免地包含高次谐波,导致计算所得相位包含相位误差,进而降低了快速三维测量精度。提出了一种基于深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量方法,通过构建含噪声相位到精确相位的端到端深度卷积神经网络,降低高次谐波引入的相位误差,进而实现快速精确三维测量。首先,以理论分析证明所提方法的可行性,并以仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性和精确性。与现有快速三维测量方法相比,所提方法在保证测量速度的同时保证测量精度。     

基于相位映射的三维主动视觉标定

通过在结构光发射单元和成像单元间施加几何约束条件,建立统一的坐标系.利用条纹投影和相位映射技术,构造了将编码相位图映射为物体的三维空间坐标的数学模型,进而获得深度图像空间坐标的计算值,然后将其与物体空间的三维标定数据基准进行比较,建立目标函数为误差平方和最小的非线性优化方程.两步法迭代求解这个优化方程,最终获得三维系统的结构参数.实验结果证明了本文提出的三维成像系统标定理论和方法的有效性.     

深度学习技术在条纹投影三维成像中的应用

条纹投影（结构光）三维成像是一种广泛使用的三维成像手段。近年来，集成式的三维传感器发展迅速，特别是基于结构光原理的三维传感器件已逐渐成为高端智能手机必不可少的一个重要传感单元。然而随着应用需求的不断增多，人们对条纹投影三维成像这项技术的效率、精度、稳定性等方面的要求也越来越高。同时近年来，深度学习技术的飞速发展已经为光学成像技术的发展开启了一扇新的大门，并且从这扇大门中人们注意到伴随着人工智能概念的引入，条纹投影技术的发展也正在经历着新的突破。首先简要介绍了条纹投影三维成像的基本理论。随后举例分析通过运用深度学习技术，起初基于物理模型的条纹投影技术也可成为一种在“数据”驱动下实现的技术，而且在这种情况下，它展现出了超越传统算法的潜力。最后从神经网络模型、训练数据、训练方法等方面，讨论该领域面临的挑战与未来的研究方向。     

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。     

基于波前编码的无热化红外成像技术综述（特邀）

波前编码红外成像技术是一种结合光学编码和数字解码两步成像的计算光学成像技术。波前编码无热化红外成像系统通过在红外光学系统的光阑附近增加特殊面形的光学相位板,对场景红外辐射进行编码调制,使得在宽的环境温度范围内红外焦平面探测器输出的中间编码图像具有高度一致性,再对中间编码图像进行数字解码得到清晰红外图像。近年来,国内外学者开展了大量波前编码无热化红外成像技术的理论分析和原理验证,表明其无热化特性的有效性。文中结合作者近年来的研究工作,主要介绍波前编码无热化红外成像技术的研究背景、基本原理、关键技术、国内外典型的设计方案和原理样机、并展望了波前编码红外成像技术的应用价值和发展趋势。     

基于锁相循环投影的三维曲面光学检测

由一组规则栅线投影到物体表面的变化光栅,采用锁相循环解调算法解调出含有物体表面高度信息的相位。该技术的最大优势是不需传统的相位去包裹,利用该算法对二维栅线图扫描确定相位,给出了一个典型试件的实验结果和分析。     

一种高亮度结构光投影系统

设计了一种高亮度结构光投影系统.用于冲击爆轰过程的三维面形测量,可同时满足实验中的高亮度照明和结构光投影的要求.实验取得了冲击过程初期的变形条纹图,并进行了三维面形重建.     

光栅投影三维形貌测量方法及发展趋势研究

随着科学技术的高速发展,越来越多的领域提出了对物体三维尺寸进行测量的要求.本文首先系统地阐述了光栅投影三维形貌测量方法的基本原理、主要优缺点及应用范围,随后对其发展方向和研究热点进行了探讨.