一种基于相移技术的物体表面三维轮廓测量方法

提出一种将阴影莫尔条纹法与相位测量技术相结合的物体表面三维轮廓测量方法 ,该方法利用电磁铁和精密机械部件对光栅进行定位控制以实现精确相移 ,并采用三步相移技术对CCD摄像机采集的物体表面形貌莫尔条纹进行相位解调 ,可有效实现物体表面三维轮廓的高速、高精度自动测量。     

彩色格雷码结合彩色相移光栅三维重建研究

针对常用的黑白格雷码结合黑白四步相移光栅三维重建需要大量编码图像,计算量大和重建速速慢的缺点,提出了彩色格雷码结合彩色三步相移光栅三维重建方法。该三维重建平台由两台相机、一台投影仪和电脑组成。根据彩色编码原理,提出了相应的求解相位方法,并保持横纵相位一致和连续性原则进行了匹配后实现三维重建。最后,将该方法与黑白格雷码结合黑白四步光栅相移三维重建方法进行了实验对比。实验结果表明:彩色格雷码结合彩色三步相移光栅三维重建大大减少了编码图像数量、加快了三维重建速度并具有较好的重建效果。     

彩色梯度相移与格雷码相结合的三维测量方法

为了实现高分辨率快速非接触式三维测量,将彩色梯度相移法与格雷码相结合,提出了三维测量算法。将一幅彩色梯形三步相移图案和两幅彩色格雷码图案相结合,对测量空间进行编解码;通过两幅彩色格雷码图案将测量空间可靠地分成64个子空间,通过一幅重复彩色梯形三步相移图案将每个子空间分成6个区域,每个区域再通过强度比细分到像素级。给出了编码图案和解码公式,组建了彩色结构光三维测量系统,并分别采用彩色梯形相移法和本文提出的方法对深度为700～950nm的平面进行了仿真和实际测量。理论分析、仿真与实际测量结果表明,得到的测量平均误差0.9mm,测量标准差1.2mm。最后,采用本文方法对石膏和人体进行了测量实验,结果显示该方法具有抗干扰能力强、运算速度快的优点。     

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。     

基于双频彩色光栅投影测量不连续物体三维形貌

为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量,提高测量速度, 提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的红色和蓝色通道合成为彩色条纹,由数字视频投影仪将四步相移彩色条纹投影到被测物体,然后利用彩色CCD或CMOS相机采集4幅彩色条纹图并存储于计算机中。基于色彩分离技术得到8幅两种不同频率的四步相移条纹图并由图像灰度算法获得1幅反映背景的灰度图像;由低频条纹确定台阶状的物体边缘,高频条纹计算物体的形貌,并通过背景图像的二值化定位阴影和不连续区域。提出的方法仅用4幅彩色图像完成了台阶状不连续或孤立物体三维形貌的准确测量。与现有的多频4步相移条纹投影形貌测量技术需要8~12幅图像相比,该方法有效地减少了条纹投影与图像采集的数量。     

格雷码与相移结合的结构光三维测量技术

提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在（π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中的位置线性映射到投射角空间,对其进行连续划分,从而确定采样点的投射角,最后依据三角法原理实现三维测量。本文具体介绍了编码、解码原理,分析了解码过程中格雷码和相移周期错位问题,并通过判断相邻像素点的格雷码值增加和相位突变是否一致进行了调整,给出了3dsMAX和MATLAB环境下的仿真重构实验结果。     

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。     

投影条纹法及其在车门把手形貌测试中的应用研究

测试构件形貌可以了解整体结构在工作中的变形信息,可以有目的进行结构的安全预警。为测试构件形貌,利用投影条纹法,采用由计算机软件产生四帧有一定相位差的相移正弦光栅,利用相移技术求解物体相位,实现点对点的运算,无需精密的相移装置。通过车门把手的非接触测试其三维形貌,得到了测试对象的位相图,通过解包裹处理,得到了车把手的三维形貌。表明该方法通过标定后,测量构件三维形貌精度高,易于操作,尤其适合现场监测结构安装前后变形状态。     

用于强反射表面形貌测量的投影栅相位法

为了实现强反射表面三维形貌的光学非接触测量,提出一种改进的投影栅相位法。分析了强反射表面的反射光特点及其对相位解算的影响,指出了反射光亮度范围与相机动态范围的不一致是导致传统投影栅相位法测量失效的主要原因;提出了亮暗条纹投射、多曝光时间采集图像和图像合成等技术,使相机亮度测量范围与强反射表面的反射光亮度范围相一致,并分析了此方法的可行性和适应范围。最后,给出了改进投影栅相位法的条纹投射与图像采集步骤。实验结果表明,改进的投影栅相位法克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗问题,能够成功测量出99.6%以上的三维点云,有效解决了测量点云缺失问题,能够实现强反射表面三维形貌光学非接触测量。     

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。     

波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统

用光学显微干涉法进行表面形貌测量时其深度测量范围的扩大和形貌测量精度的提高是一对矛盾。为此,本文设计出了一种基于波长轮换与相移扫描相结合的三波长表面形貌测量系统,并提出了一种基于椭圆拟合与相位差大小尺度相结合的相位提取与识别算法。将这种算法运用于多波长干涉图像的数据处理,有效地提高了形貌的整体测量精度,并拓展了深度测量范围。实验结果表明:在深度测量范围扩大近15倍的条件下,采用粗糙度国家基准校准的方波多刻线样板得到的表面粗糙度数据与校准数据的相对误差仅为4.12%,表明该系统在一定的深度范围内能够实现表面形貌的高精度测量。另外,针对该系统设计的多波长相位识别算法对环境噪声要求不高,可以支持系统的高噪声或在线测量。     

基于彩色条纹投影术的三维形貌测量

物体表面三维形貌数据的获取在智能制造、航空航天、文物保护、医疗卫生、远程教育等领域有着广泛的应用。三维形貌数据的获取受限于系统硬件的性能,特别是现有数字投影系统的投影速度,无法快速测得物体面形的三维形貌。彩色成像和投影系统的出现,为并行多颜色通道三维成像系统提供了新的研究方向。详细综述了基于彩色条纹投影术的三维形貌数据测量研究的现状。具体包括彩色条纹投影术的基本原理、彩色条纹调制和解调相关技术、三维成像系统的标定、以及未来的研究方向。接着给出几个利用彩色条纹投影术获取物体表面三维形貌和彩色纹理的实例。为彩色条纹投影术测量物体表面三维形貌数据提供了详尽的综述,并指明了未来潜在的研究新方向。     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

基于虚拟视野的结构光条纹投影像素精准映射方法

针对像素尺寸差异、相位误差等导致相机与投影仪同名点像素坐标匹配错误、有效像素点缺失问题，提出一种基于虚拟视野的改进包裹相位-坐标映射方法。首先，对不同重叠视场下的条纹信息进行分析，确定较优投影模式；其次，设计两组高低频率的横纵条纹，提取低频相位极值计算虚拟投影视野、高频周期对真实和虚拟视野逐级编号，实现视野小范围匹配；最后，改进包裹相位坐标映射方法和相位差阈值判别准则，逐编号求解投影像素坐标，获得像素间的精准映射关系。实验结果表明，相位中相同像素区间的包裹相位均方根误差，相较于连续相位降低了78.6%。在平面和复杂表面实验中，有效像素数量相较于传统匹配增长了9.21倍和9.43倍，像素误匹配坐标比例由传统相位匹配的80.55%、59.4%降低至14.26%、12.56%,为自适应条纹测量技术中像素同名点匹配提供了可行的解决方案。     

微小高度检测系统设计

高度信息是分析物体三维形貌的最重要信息。为了研究微小焊点的三维形貌,需要对焊点高度进行测量。针对传统测量技术的缺点,设计了一种检测系统。系统应用白光平行照射条纹板,将其像投影到被测物体上,受到物体高度轮廓的调制作用,形成变形的亮暗相间的条纹。该条纹图携带着焊点的三维信息,再用照相系统把变形的条纹图拍摄在CCD上,通过对CCD上像的处理,可以还原出高度信息。该方法可将条纹板的像等间距地投射到被测物体的表面上,避免了由于投影条纹宽度不同所带了的图像处理过程的误差。实现了测量范围大、重复性好、图像处理简单的优点,为微小高度的测量提供了新方法。     

基于数字光处理的结构光三维扫描系统的设计

结合结构光投影三维扫描的原理,设计了数字微镜器件(DMD)作为结构光的发生装置,主控芯片为FPGA,实现了高速的DMD的控制和相机的同步采集。搭建了一个嵌入式三维扫描光学平台,并应用四步相移法完成实验。首先指定不同方向和周期的正弦条纹结构光,同步采集图像;然后通过软件设计完成对采集图像的预处理、相位的解调、相位的展开、相位-高度映射还原得到三维的深度信息并建模;最终获得最高464.8帧/s不同方向和周期的正弦条纹结构光显示,达到194帧/s的相机触发采集,三维扫描效果图清晰,还原和重建效果理想。     

基于光栅投影的工件表面缺陷检测方法研究

针对工件厚度与表面缺陷检测精度不足的问题,提出一种基于双投影的光栅投影缺陷检测方法。采用CCD相机采集两个方向上投影到工件表面的云纹图像,利用相移法求解两个方向的云纹图像相位,将两个方向的重建三维轮廓进行融合,实现工件表面缺陷的检测。试验结果证明:工件的厚度测量精度为0.05mm,缺陷测量精度提高到0.1mm。