基于光栅相位法三维重构技术研究

投影光栅相位法（PMP）是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维轮廓测量技术,可实现物体表面三维轮廓的自动测量。提出了结合投影仪移轴技术的平行光轴系统,利用计算机编程生成具有高对比度和高亮度、有相差的正弦光栅,用数字投影仪LCD将这些条纹依次投射到被测物体表面,由CCD摄像机获取受物体表面面形调制的变形光栅像,根据数字相移算法计算出相位分布再通过相位展开恢复出连续相位分布,由相位．高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。针对该原理进行了阐述,并给出了详尽的算法及实验结果。通过MATLAB实验仿真,对条纹图像进行处理和轮廓重构。模拟实验证明,这种测量方法快速高效、分辨率高,且易于实现。     

三灰度编码相位展开方法条纹投影轮廓术

为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法.投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面,包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像,由相机采集经物体表面调制的变形条纹图.通过相机采集到的三幅变形正弦相移条纹图像计算包裹相位.通过相机采集的三...     

基于RGB三基色的实时相位测量轮廓术

提出一种基于彩色三步相移算法和DLP Light Crafter 4500的实时相位测量轮廓术。在测量系统中,DLP Light Crafter 4500快速有序地投影MATLAB生成的三帧相移量为2π/3的R、G、B调制正弦相移光栅条纹到被测物体表面,一台与DLP Light Crafter 4500投影光栅条纹信号同步的高速黑白CMOS相机拍摄受被测物体面形调制的变形条纹。由于捕获的变形条纹间存在颜色失衡,需要采用校正算法进行校正。基于传统的三步相移技术,利用校正后的三帧变形条纹图像可以实时重建被测物体的三维形貌。     

傅里叶变换在莫尔测偏法中的应用

本文针对非球面莫尔测偏法提出了采用相移技术结合傅里叶变换进行数据处理的新方法,在对莫尔条纹图作二维傅里叶变换后可获取相应于被测表面高度的相位信息,然后用相移来确定该位信息的正负号,以最终正确重构测表面的三维形貌,对有限宽莫尔条纹图因栅线夹角引起的倾斜项误差要用最小二乘法加以剔除,用该法进行了非球面测量。     

互补格雷码双 N 步相移的彩色编码光栅投影轮廓术

在三维轮廓测量领域,互补格雷码相移法能够得到连续的展开相位,然而,单组相移条纹导致其测量精度极易受到周围环境变化的影响,且传统投影方式增加了干扰的引入。针对此问题,本文提出了一种基于彩色编码光栅投影的互补格雷码双N步相移法。首先将双N步相移条纹和互补格雷码条纹混合编码成彩色条纹,然后依次投射到目标表面,最后从采集的彩色条纹中提取相位信息分别进行相位解算、融合后求得表面三维形貌。为了验证本文所提方法,将该方法与传统互补格雷码N步相移法以及三频外差法进行了对比实验。实验结果证明,本文方法能够获得高精度表面形貌信息,有效降低测量误差,同时检测效率提高50%。     

基于调制度分割的物体轮廓有效测量区域自动识别方法

提出了采用调制度阈值分割技术进行物体轮廓有效测量区域自动识别的一种新方法,克服了投射条纹三维测量技术中由于阴影、条纹断裂、局部镜面反射、暗背景、采样不足以及外来的噪声等因素,使得被测物体表面存在无效测量区域(相位数据不可靠区域)的问题.采用了时域相位去包裹技术,保证了无效区域的相位数据不会影响到有效测量区域的相位数据.与有效测量区域相比,无效区域的调制度明显较低,对调制度直方图进行分析,借鉴图像分割的思想,采用了迭代算法自动求解最佳阈值,辨识物体轮廓测量的有效测量区域和无效测量区域,实现了单视角测量的自动化过程.车灯反射体测量实验证明了这种方法的优越性和可靠性.     

任意相移最小二乘法迭代的在线三维检测

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术(PMP)在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度,同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度,提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中,任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面,采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图,其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后,采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明:在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下,该系统的测量结果稳定,均方根误差均不高于0.169 9mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件,提高了测量的灵活程度,使在线PMP更具普适性。     

基于偏转法的物体三维形貌测量

基于数字散斑干涉测量技术,组建一套基于偏转法的物体三维形貌测量系统。首先,通过精密旋转平台使被测物体偏转微小角度,在其表面引入包含该物体形貌信息的弯曲干涉条纹。然后由散斑干涉条纹图提取其相位分布,对滤波后的包裹相位图进行相位解包裹运算,得到相位的真实分布图。最后根据相位分布与物面高度的关系求解出被测物体的高度信息。实验结果表明采用偏转法的散斑干涉技术可以实现物体三维形貌测量,具有测量精度较高、易于实现等优点。     

子区域拼接数字莫尔条纹非球面检测的理论分析

利用moire 条纹测量三维物体表面,由于这种方法具有非接触性、自动化程度高、速度快等特点。并且不需要补偿器、辅助镜、全息图等辅助组件就可以实现非球面检测,使其得到广泛的应用。但在测量大口径、高陡度非球面以至离轴非球面时,受到光栅面积、CCD相机分辨能力等因素的限制;存在着一些困难,就此问题,本文提出了利用数字莫尔条纹（结合数字相移技术）进行子区域拼接的非球面检测方法,给出了这种方法的基本原理,阐述了方法的数学实现过程,结果显示子区域拼接数字莫尔条纹法可以作为补偿检验以外的另一种非球面检测方式     

基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。     

莫尔条纹在齿轮齿廓测量中的应用

介绍了运用莫尔三维技术对齿轮齿廓进行测量的方法。经对测量数据的分析、归纳表明用该技术对模数较大的齿轮齿廓测量具有测量简单、方便、精度高等特点。     

用移相比相法动态测量莫尔条纹细分误差

采用移相比相法测量高精度测角仪的莫尔条纹细分器的细分误差获得很好效果,文中叙述了测量原理、测量精度和实测比对结果。     

圆光栅均匀性和调制度的数字检测

本文提出一种新的圆光栅均匀性和调制度检测方法。通过对莫尔信号的离散采集和数字化处理,可以抽样获取某些位置的信号平均幅值和调制度,在进一步的数据处理下可获得平均幅值漂移率。利用这种数字化检测方法不需要附加外部设备,实现了以软件工作代替原来人工、机构和硬件完成的工作;整个过程自动化,由计算机自动输出结果,速度快。另外,采用这种数字化方法有利于实现圆光栅多个指标的同时检测,计算机的数据处理功能已使某种意义上的信号质量改善得以实现。     

基于多频外差原理的三维测量技术

提出了一种基于外差原理的三维测量技术,该技术由相位移法、外差原理和双目立体视觉3部分组成。相位移法和外差原理相结合能够自动完成相位展开,同时保持相移法原有的相位求解精度;然后根据相位展开后的相位图,使用双目立体视觉原理自动完成左、右对应点的立体匹配和被测物体的点云重构。利用基于多频外差原理的三维测量技术建立了一套三维测量系统,该系统由2个CCD摄像机和1个DLP投影仪组成。利用上述系统对人脸模型进行测量试验,测量结果表明该系统能够完成复杂自由曲面的测量,测量数据完整可靠。     

A New Method of Non-Contact Measurement for Microtopography in Semiconductor Wafer Implementing a New Optical Probe Based on the Precision Defocus Measurement

In this paper, a new method of non-contact measurement has been developed for 3D topography for a semiconductor wafer, implementing a new optical probe based on precision defocus measurement. The developed technique consists of the new optical probe, precision stages, and the measurement/control system. The basic principle of the technique is to use the reflected slit beam from the specimen surface to measure the deviation of the specimen surface. The defocusing distance can be measured by the reflected slit beam, where the defocused image is measured by the proposed optical probe, giving very high resolution. A distance measuring formula has been proposed for the developed probe, using the laws of geometric optics. A precision calibration technique has been applied, giving about 10 nm resolution and 72 nm four-sigma uncertainty. In order to quantitise the micro pattern on the specimen surface, some efficient analysis algorithms have been developed to analyse the 3D topography pattern and some parameters of the surface. The developed system has been successfully applied to measure the wafer surface, demonstrating the line scanning feature and the excellent 3D measurement capability.     

莫尔技术在弹性模量测试中的应用

莫尔三维测量的原理已比较成熟,作为一种新技术已开始在工业生产中应用,介绍了用莫尔法测量压力表C型弹簧管的弹性模量。     

Dynamics range enhancement in digital fringe projection technique

In this paper a new approach to enhance the dynamic range of a fringe projection system for measuring 3D profile of objects with wide variation in their optical reflections is proposed. The high dynamic range fringe images are acquired by recursively controlling the intensity of the projection pattern at pixel level based on the feedback from the reflected images captured by the camera. A four step phase shifting algorithm combined with a quality guided algorithm is used to obtain the unwrapped phase map of the object from the acquired high dynamic range fringe images. Simulation and experimental results show that the proposed technique can accurately measure the 3D profile of objects with wide variation in their optical reflectivity.     

莫尔偏转法测量相位物体的基本公式导出

本文从几何光学和傅里叶光学中最基本的公式和理论出发,推导出用莫尔偏转法测量相位物体的基本公式,为在用莫尔偏转法测量相位物体时,提供了处理实验结果的理论依据。     

快速离焦投影三维测量技术

随着数字投影技术的发展,基于投影的三维面型测量技术在多种场合得到广泛应用。基于相移的结构光投影测量技术以其算法简便精度较高得到较快发展。但投影仪为非线性仪器,会影响强度变化,进而影响相位测量精度;此外由于投影仪工作原理的投影速度受到限制。离焦投影技术的出现为高速测量和高精度测量提供了新的方法。总结了目前国内外对离焦投影技术的研究现状;从投影工作原理、相移算法、解包裹算法、误差补偿、条纹调制、标定技术及离焦投影技术的相关技术细节进行全面介绍,为数字离焦投影三维测量工作的研究提供参考。     

金刚石复合片与硬质合金的钎焊研究

通过聚晶金刚石复合片与YG8硬质合金的高频感应钎焊试验,研究了不同钎料钎剂搭配对高频感应钎焊接头抗剪强度、焊缝厚度的影响,并用扫描电镜和电子探针观察、分析了焊缝的微观结构。结果表明,690℃钎焊温度下含Mn的1号钎料和活性温度较高的QJ102钎剂是最佳搭配方案。探讨了聚晶金刚石复合片的特殊钎焊工艺,认为采用复焊方法可以大幅提高钎焊接头的抗剪强度。