两位二进制彩色编码光栅三维轮廓术

:研究了一种用彩色条纹对光栅进行编码的光栅投影三维轮廓术。其中投影光栅用白、红、绿和蓝 4种颜色按照二进制原理对光栅进行编码。用白色条纹和绿色条纹分别代表两位二进制中高位的 1和 0 ;用红色条纹和蓝色条纹分别代表两位二进制中低位的 1和 0。与此同时在两个彩色条纹之间插入一条黑色条纹 ,不仅可以避免彩色条纹边界处颜色的相互干扰 ,还可以使空间周期增加 1倍。这样在一个周期中共有 16个条纹。适于对人脸进行三维轮廓的测量。由于每个条纹没有灰度变化 ,因此这种方法具有较强的抗干扰能力。     

基于傅里叶变换的投影条纹非正弦性的研究

采用逆推法,计算出基于发散光路的三维测量中参考面上为标准的正弦性光场时的投影光栅函数,再将计算出的投影光栅,用投影仪投影到参考面上,从而获得了标准的正弦性光场,并利用傅里叶变换方法进行三维测量。实验研究表明,此方法可以有效地抑制变形条纹的频谱混叠,准确的提取其基频信息,从而提高三维测量的精度。仿真与实验均验证了提出方法的可行性与有效性。     

A color phase shift profilometry for the fabric defect detection

For fabric defect identification in the textile industry, a three-dimensional （3D） color phase shift profilometry （CPSP） method is proposed. The detecting system is mainly composed of one CCD camera and one digital-light-processing （DLP） projector. Before detection, the system should be calibrated to make sure the camera parameters. The CPSP color grating is projected to the measured fabric by DLP projector, and then it is collected by CCD camera to obtain the grating phase. The 3D measurement can be completed by the grating phase difference. In image acquisition, only invariable grating is projected to the object. In order to eliminate the interference from background light during the image acquisition, the brightness correction method is researched for improving the detection accuracy. The experi- mental results show that the false rate of detecting the fabric defects is 5.78%, the correct rates of detecting the fabric defects of hole and qualified fabric are both 100%, and the correct rates of detecting the fabric defect of scratch and fold are 98% and 96%, respectively. The experiment proves that the proposed method can accurately identify fabric defects.     

基于线阵CCD阵列的在线检测方法

利用矩形光栅离焦投影,产生正弦光场,通过三个严格排列的线阵 ＣＣＤ阵列对物体三维轮廓进行扫描采样测量,一次扫描就可以获得三幅相位图。利用三步相移技术即可解调高度信息,避免测量过程中的相移操作。本文重点讨论了该方法的原理和特点,并给出试验简图及实际测量结果。     

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。     

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。     

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...     

双频虚拟光栅投影三维测量技术

莫尔三维测量中的傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率进行测量,存在着由于待测物体高度变化率过大引起的相位解调困难问题。为解决该问题提出了利用双频虚拟光栅投影的三维测量方法。通过双色光干涉同时形成双频虚拟光栅,将双色干涉条纹投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形彩色干涉条纹。变形的彩色干涉条纹经过光学接收系统成像在彩色CCD探测器上。彩色CCD探测器所接收到的是双色光通道复合的变形虚拟光栅图。通过色度学方法对同一幅彩色变形虚拟光栅图的不同色光通道进行分离,并对分离后的双频虚拟光栅调制图进行综合。既兼顾了效率,又有效地解决了被测物体高度变化率过大引起相位解调困难的问题。     

基于“2+1”相移算法的正交复合光三维测量方法

提出一种基于"2+1"相移算法的正交复合光栅投影三维测量方法。用2帧相移量相差为π/2的正弦光栅加1帧背景光代替传统正交复合光栅相位测量轮廓术(OCGPMP)中3帧等相移正弦光栅,并将受背景项调制的载波频谱放在受2帧正弦相移光栅调制的载波频谱中间,由于背景项只有直流分量对载波的调制,与相邻调制载波交流调制成分不会发生频谱混叠,从而拓展了两相移光栅的载波频谱宽度,有效减少了频谱混叠,降低了相位测量误差。计算机仿真和实验结果表明,该方法将测量精度提高到传统OCGPMP的1.74倍。     

激光光栅显微投影法表面微观形貌测量系统的研制

本文研制了基于激光光栅显微投影法的表面微观形貌测量系统。该系统由激光器 ,CCD ,两个显微物镜 ,图象采集卡 ,计算机和数据处理软件组成。两个显微物镜一个用来将光栅进行缩小投影到被测物体的表面上 ,形成被被测物体表面高度所调制的条纹 ;另一只显微物镜则将被调制的条纹图像成像到CCD的靶面上 ,CCD采集的图像输入到计算机中进行相关计算而得出被测表面的微观形貌。本文介绍了该系统的测量范围和分辨率计算方法 ,并对实验数据进行了可靠性分析。结果分析表明 ,该系统能可靠地测量物体的表面微观形貌。     

基于彩色摄像机的三维物体双投影测量法

通过对三角测量法的分析比较,提出了双投影三维测量法,它采用彩色CCD,一次性获得三维物体两个侧面的三维数据,不仅测量速度快,而且能有效解决一般三角法的阴影和遮挡问题,并可以提高测量精度,且易于实现测量仪器的小型化。     

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。     

一种虚条纹相移算法在结构光三维测量中的应用

相移法测量三维轮廓具有原理简单、计算速度快等优点。然而此法至少需要采集3幅以上干涉图像,且在实际操作中由于很难产生绝对的相移量而给测量带来误差。应用虚条纹相移算法只需要采集一幅图像便可恢复出物体的三维轮廓,其基本手段是先获得原始图像的基频值f0,根据此频率通过计算机生成具有π/2相位差的两虚条纹图像cos(2πf0x)和sin(2πf0x)。然后分别与原始图像进行混叠,将混叠后得到的图像进行低通滤波,再结合相移算法恢复出原始物体的三维轮廓。此法既保持了相移法本身的优点又解决了其需要采集多幅图像以及无法实现绝对相移的问题。另外低通滤波本身的去噪特性给在非陡变物体测量中高频噪声的去除带来方便。     

一种提高复合光栅实时三维测量精度的方法

提出了一种采用组合滤波窗提高复合光栅实时三维测量精度的新方法,通过对复合光栅相位测量轮廓术(PMP)原理的分析,发现当从采集的变形复合光栅中解调相移变形条纹时,解调精度与滤波窗的选择有关。通过对几种常见滤波窗函数的分析和比较,设计了一种将汉宁窗和矩形窗相结合的新型滤波窗。由于组合窗的滤波精度与物体频谱分布情况(面型情况)有关,在复合光栅三维实时测量中,对频谱成分适中的Peaks函数物体进行数字模拟,得到测量该类物体所需的组合窗口优化参数分布图,用得到的理论数据指导处理频谱成分适中的实物实验,有效提高了复合光栅实时三维测量精度。数字模拟和实验均证实了该方法的有效性和适用性。     

高密度全场主动离焦三维测量的精度分析

向物体投射正交正弦光栅或正弦光栅，都能实现我们提出的高密度全场离焦三维测量，实验发现测量精度依赖于投射模式和物体毒面纹理。计算机模拟显示物体深度测量精度与物体纹理的调制度、频率和投射光栅方向有关。对各种纹理，正交正弦光栅投射的测量精度都高于正弦光栅投射的测量精度。在相同实验条件下，正交正弦光栅和正弦光栅投射的弱纹理表面的深度测量均方误差分别为0．18mm和0．25mm，较强纹理表面的均方误差为0．35ram和0．54mm。     

基于结构光的镜面/漫反射复合表面形貌测量

光学三维测量技术以其非接触、无损及快速测量的优势被广泛应用于不同领域。已有的条纹投影和条纹反射测量术分别适用于漫反射表面和镜面表面。然而,航空航天和先进制造中存在许多漫反射和镜面反射表面同时存在的复合反射表面。提出一种基于结构光投影和反射的方法来实现复合表面形貌的快速测量。首先,投影仪投射蓝色正弦条纹图于被测物体表面,同时显示屏显示的红色条纹被镜面部分反射。其次,彩色相机采集经被测表面调制的变形条纹图。然后,从相机不同颜色通道中提取对应不同类型反射表面的变形条纹,并计算变形条纹图的绝对相位。最后,通过系统标定建立相位信息与深度之间的直接关系,得到被测复合表面的三维形貌。实验结果表明:该方法不仅能够有效地实现非连续复合表面物体的测量,还能够同时测量独立的漫反射和镜面反射表面的三维形貌。     

基于格雷编码的彩色结构光快速三维测量技术

提出一种基于格雷编码原理的彩色结构光三维测量方法,通过向被测物体投影两幅彩色结构光栅,分析得到物体表面的三维信息,在保证测量精度和准确度的同时,提高了三维测量的速度。将格雷编码原则和容易辨别的颜色结合应用到彩色条纹编码中,得到序列周期唯一且编码周期起始位置任意的彩色条纹编码,克服了码间干扰,解码方法简单且精度高,适用范围广;利用三色相移法取代传统三幅相移法。实验结果表明,使用基于格雷编码原理的彩色结构光方法可以得到被测物体精确的表面高度信息。     

三维物体形状检测精度分析与研究

对三维物体形状检测的基本原理及检测处理过程进行了详细阐述。检测处理过程中根据系统检测信号的性质选择黑白条纹相间的编码光模式,为获得较好的检测精度和速度,对畸变条纹图像先采用边缘检测分割。由于所得畸变条纹图像的像素点的灰度受外界环境光干扰影响,必须对图像进行黑白二值化。对检测得到的畸变条纹图像进行二值化分割算法有很多,文中给出经典阈值分割处理和行阈值分割处理后的图像及效果比较,并对实验结果的精度进行分析,得出了结论。     

焊接机器人实时引导中光条快速提取算法研究

在结构光视觉测量系统中,激光条纹的提取精度和速率直接影响到最终测量结果的精确度。为了解决现有激光条纹提取方法难以同时达到抗干扰能力强、稳定性好和运算量小等问题,采用了一种优化Steger快速提取激光条纹中心的方法,利用梯度阈值分割出有效条纹区域,采用优化的扫描方式,用灰度重心法对条纹中心进行粗提取,然后用Hessian矩阵法对条纹中心进行精提取。对激光条纹提取原理进行了理论分析,并对软硬件设计进行了实验验证,取得了较好的实验数据。结果表明,该方法与传统方法相比,具有提取精度高、提取速率快的优点,这一结果对柔性传感器的高精度和实时性是有帮助的。     

虚拟光栅的可视化生成软件设计

基于结构光照明的主动三维测量技术由于具有快速、非接触、高精度、易于实现自动化等测量特点,日益受到人们的重视。文中依据正弦光栅、Ronchi光栅的物理模型,在计算机可视化软件平台上实现对光栅的图像仿真及功能变换,包括光栅类型的选择、光栅密度的设定、对比度的设定、占空比的设定、红绿双频显示、相位移动、正交光栅、混合光栅的生成以及在光栅上添加标记。该软件交互性强,结果直观,操作简单,可应用于日常教学及三维测量技术中虚拟光栅的生成,从而取代实际光栅的使用不便。