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...     

应用SVM算法的相位—三维坐标标定方法

在采用光栅投影轮廓术的立体视觉方法对目标物体重构过程中,关键的步骤就是求得目标物表面特征点的相位与三维坐标的映射关系。通过对单目相机与投影仪组成的视觉系统建立模型,并对相机坐标系与投影仪坐标系进行空间解析,可得空间中任意一点在图像中坐标(u,v)、绝对相位θ与其在相机坐标系下的三维坐标(xc,yc,zc)存在复杂的非线映射关系。提出基于SVM算法的相位—三维坐标标定方法,用带有圆形标志点的平面标定板进行SVM回归模型的样本采集与训练。并通过对测试集回归预测的数据与实际测量中的数据进行对比,分析实验结果显示该标定方法确实可行,具有较高的标定精度。     

基于DLP技术的刀具刃口检测系统

硬质合金刀具刃口是影响精密加工表面质量以及表面微观几何形貌的重要因素。针对目前测量过程中出现的问题,提出利用DLP技术来测量刀具刃口的三维形貌。其原理是用计算机产生正弦投影条纹,经数字投影仪投射到物体表面,条纹经物体表面调制产生变形,用CCD摄像机将变形条纹拍摄下来。再利用计算机进行相位场提取、相位去包裹,得到绝对相位值。最后经系统标定、坐标变换可得物体表面的三维数据基于数字条纹投射的光学3D传感器,这样能够很好很快地提取刀具刃口的三维形貌。     

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。     

基于结构光技术的高光表面三维测量方法

分析了结构光技术对高光表面无法完整测量的原因,提出一种双目多次曝光测量和投影仪-摄像机单目测量相结合的三维测量方法。双目结构光系统中的两个相机采用不同的曝光时间采集一系列光栅条纹,并从每次曝光中选择高质量像素解相。将每次曝光的选择结果拼合成一张完整的相位图,并通过三角原理法计算三维坐标。双目结构只对左右相机可视区域测量,投影仪-摄像机单目测量避免了由于某个单摄像机视线存在高光或遮挡等原因引起的三维测量数据缺失问题,有效提高了测量结果的完整性。实验表明,上述方法测量高光表面具有良好的效果,系统测量精度可达0.06mm。     

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.     

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。     

单摄像机结构光扫描系统中投影仪标定技术

传统的单摄像机、单投影仪三维扫描系统,利用相位值计算被测物体的高度信息,可操作性差,且测量精度不高.将立体视觉的三维重构技术引入到单摄像机、单投影仪扫描系统,利用相位值实现投影仪与摄像机的匹配,根据双目视觉的原理进行三维重构,测量精度明显提高.该技术的关键是投影仪的定标,研究了基于相位匹配技术的投影仪标定算法,实验结果验证了该算法的可行性.     

双目CCD结构光三维测量系统中的立体匹配

在立体视觉中,比较了几种常见立体匹配方法,并针对存在的问题,提出了多种方法融于一体的高效立体匹配方法.首先将计算机构造的用于解相的光栅由投影仪投射到物体上,再将计算机构造的一系列黑白相间的编码光栅也由投影仪投射到物体上;然后将畸变栅线图像由摄像机采集到计算机中,用解相光栅进行解相得到折叠在[-π,π]区间内的相主值,用所述结构光编码方法进行相展开得到相位的周期,二者相加得到真实相位值.利用插值算法将具有相同相位的点拟合成连续曲线,从而实现了两幅CCD图像相同相位曲线的匹配,再根据外极约束条件,得到两幅图像点的匹配.在反向工程中,用该方法对电话接线筒进行三维测量,实验验证了该方法进行立体匹配的高效性和准确性.     

基于调制度的光学三维测量的研究

为了能够测量复杂的面形物体,在基于调制度的光学三维测量研究中,提出利用改变光栅投影系统的物距,实现光栅图像对物体的纵向扫描,从而获取所测物体表面各点调制度的极大值,恢复物体的高度信息。运用此方法便于实现三维测量仪器的小型化,减少误差,可避免在相位测量中需要去包裹的问题。     

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。     

一种基于相位法的彩色三维形貌测量方法

基于相位法的三维形貌测量。提出了一种建立被测物体彩色三维形貌的方法。该方法采用主动光源投射一组光强呈余弦变化的光栅。并由一台黑白CCD工业摄像机对被测物体拍摄从而实现三维形貌的重建;然后对被测物体进行三色光投射。同时黑白工业摄像机拍摄被测物体,通过对所得图片进行分析。实现被测物体的色彩恢复。实验结果表明,该方法能够快速准确的获得被测物体的彩色三维形貌,色彩度误差小,可有效解决黑白工业相机无法进行色彩捕捉这一问题。     

微型牙齿三维测量技术与系统

为方便扫描牙齿等微小物体的三维形貌,设计了一套专门用于口腔内部直接测量的牙齿三维扫描系统,该系统利用数字光栅投影仪投射结构光,通过远心成像镜头将光栅图像缩小,经光纤传像束传输投射到待测微小物体上,同时采用电子内窥镜获取图像,最后重构出物体的三维形貌。实验证明,该系统切实可行,满足牙齿扫描的微型化、直接化、灵活性的需求,拓展了结构光微测量三维形貌的适用范围。     

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。     

鲤鱼尾鳍瞬时三维形态测量

提出了鱼在自由游动状态下尾鳍实时三维形貌的测量方法。将影栅云纹投射在鲤鱼尾鳍表面,产生包含三维形态信息的云纹,由高速摄像机采集瞬时序列变形条纹,运用傅立叶变换轮廓术对序列图像进行处理,并将相位解包裹方法用于动态过程瞬时三维相位场的相位展开中,重建了鲤鱼尾鳍自由游动的瞬时三维形态,再现了尾鳍的连续摆动过程。     

自然光线环境中的空间物体快速识别和定位算法研究

针对智能机械臂在自然光环境的三维空间中对目标物体的自主识别率和定位精度低的问题,提出了一种基于深度学习的视觉和光学雷达融合定位算法,实现自然光线下空间物体的高精度快速定位。首先,采集 RGB 图像和深度数据,利用深度学习算法对图像进行目标识别与实例分割;然后,将实例分割目标物的二维深度矩阵转换成三维空间点云;最后,用综合修正算法对位置修正,实现对目标物体在三维空间的抓取位置精准定位。 通过不同光照强度下的目标物体识别和定位实验验证了该算法的有效性和实用性,获取的目标物体的三维空间坐标较为精确,单位距离的定位误差在 0. 5%以内,受照明亮度影响较小,对机械臂智能抓取的研究具有较为重要的意义。     

基于单目结构光的手型、脚型三维轮廓测量系统设计

随着人们生活水平的提高,定制化产品也逐渐实现大众化。产品的三维参数快速精确获取是定制化产品的前提。基于结构光三维测量技术,搭建了用于手型、脚型三维轮廓测量的光机结构平台,实现了视觉旋转装置与测量对象的运动轨迹分开,保证了系统可以对测量对象无接触、简便地采集图像信息。另外,结合逆相机系统标定技术、条纹编码技术、三频外差解相技术、点云配准技术等搭建软件分析平台,集合了相机投影仪控制及标定、图像采集、三维重建,点云处理等功能。通过该软件平台可以快速进行系统标定和对数据图采集和处理,获取测量对象的三维点云数据,得到手模的三维轮廓信息。最后,进行了相机和投影仪标定实验、基于手模的三维重构实验。相机和投影仪标定的重投影误差分别为0.04和0.1像素,标定结果较好。系统标定参数结合解相得到的相位可以对手模的三维重构,不同角度重构的点云进行配准融合,得到完整的手模点云,实现了手模三维参数的获取。通过系统验证了所提出方案的可行性以及有效性。本方案为手型和脚型的定制化数据获取提供有效的解决方案,有望用于相关产品的生产制造。     

正交调制复合光栅投影的三维测量机理及仿真

介绍了采用复合光栅来进行快速测量获取物体三维信息的方法。该方法通过投影由载频光栅携带与其正交的相移光栅而形成的复合光栅来进行三维面形测量。建立了基于复合光栅方法的三维测量理论模型,运用复合光栅完整模拟物体恢复的过程,模拟结果证明了该方法的可行性。该方法具有祛噪功能,由于只需投影一幅复合光栅图像和采集一幅变形光栅图像就实现了物体的重建,因此适用于物体三维面形的快速实时测量。     

基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统

为了提高现代化生产中的效率和满足三维扫描的需求,设计了一种能够准确提取物件表面三维轮廓信息的扫描系统。系统采用结构光三维成像方法,先通过普通白光将光栅投影到被测物体表面,利用工业相机采集变形光栅图,再根据变形光栅图像中的灰度值变化,用傅里叶变换轮廓法解调出三维坐标信息。实验结果表明,使用傅里叶变换轮廓法重构可获得效果理想的三维点云,其为三维轮廓扫描提供了实验方法,同时也为提高点云精度提供参考。