一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。     

采用罗奇光栅离焦投影的位相测量轮廓术

本文提出一种采用罗奇光栅离焦投影的位相测量轮廓术。给出由离焦引起的光学低通滤波和N-位相算法表征的数字滤波的解析描述。证明由于采用罗奇光栅离焦投影而引起的误差只具有很小量级,在大多数实际应用中可以忽略。文中给出了计算机模拟和实验结果。     

位相测量轮廓术的仿真研究：系统结构参数的影响

在一个结构光三维传感器的计算机仿真系统上，研究了由观察光场重建三维面形的过程，以及系统主要结构参对位相测量轮廓术的影响，提出了根据对标准平面的测量结果对参数进行修正的方法，为实际系统的结构调整和参数校正提供了一种新的途径。     

非整数倍双频光栅投影的相位测量轮廓术

采用整数倍双频光栅投影的借助低频相位导向的双相位图成整数比例相位展开方法不可避免误差积累传递,由此提出了一种采用非整数倍双频光栅投影的新光学三维传感方法。非整数倍双频光栅条纹投影到物体上,两相位同时分别以特定相位间隔增长,CCD依次获取16帧变形条纹图,通过这16帧条纹图的强度,可有效地分离出两组受物体调制的对应频率变形条纹的截断相位。利用两组截断相位关系,进行绝对相位展开,避免相位展开中误差的传递,较好地重建了被测物体的轮廓。计算机模拟试验结果证实,该方法与采用整数倍双频光栅投影相比,测量高度为105mm的同一不规则物体时,标准偏差由0.821mm降低到0.760mm。     

采用标记拼接的相位测量轮廓术

提出一种采用标记拼接的新的光学三维传感方法。在采用结构照明的光学三维传感中,阴影及条纹错位关系到被测量物体三维面形重建的质量。在处理阴影时,传统方法是采用插值方法,在处理条纹错位时,通常采用增大条纹周期或采用几组条纹周期不同的光波进行投影,这样通常降低了测量精度。为了提高测量精度,本文提出一种在同一参考面内,采用单组相移正弦条纹进行投影,通过旋转被测物体,并对旋转前后两次重建物体在信息可靠区域内进行标记拼接,恢复物体表面完整三维信息的方法。实验证实了此方法的有效性及实用性。     

相移条纹投影三维形貌测量技术综述

结构光三维形貌测量系统目前得到了越来越广泛的应用和研究,相移条纹投影三维形貌精密测量技术是其重要的发展方向。对结构光相移条纹投影三维形貌测量系统的应用发展、工作过程、不同系统构成方式、相移条纹的各种形式及特点、相位误差校正方法、不同相位解包裹算法及其优缺点和适用场合、测量系统数学模型的实现方法及其相应的优缺点、高动态范围测量技术等进行了详细的分析。对相移条纹投影系统的工作流程、实现方法、关键技术的发展及其存在问题等进行了比较全面的梳理,为三维形貌精密测量技术进一步满足先进制造中更高精度的要求指出了后续的研究方向。     

采用数字信号处理器的空间同步检测轮廓术

提出一种空间同步检测轮廓术的硬件实现方案,利用数字信号处理器（ＤＳＰ）强大的数据处理能力来解决三维面形测量中数据量大和实时性差之间的矛盾。文中讨论了ＦＩＲ滤波器的设计方法,以及用ＤＳＰ器件的实现方法。实验结果验证了所提方案是可行的。文中还讨论了改善系统性能的途径。     

基于格莱姆-施密特正交化两步相移轮廓术

将格莱姆-施密特正交化法引入投影栅形貌测量,提出了一种新的两步相移轮廓术.首先将2幅随机相移正弦条纹通过DLP投影仪投射到待测物体上,由CCD相机采集受物体形貌调制的变形光栅条纹图,再选择合适大小窗口经像素逐点均值法消除变形栅线图中的背景成分,然后对消背景栅线图进行格莱姆-施密特正交化,得到2幅消背景相移栅线图对应的正交基,由正交基解调出相位数据.最后对面膜样品进行了实际测量,并与其它方法进行了比较分析,实验结果证明了该方法的有效性.     

用于沙体三维形态检测的二维傅立叶变换轮廓术

提出一种二维傅立叶变换轮廓术，对于在变换条纹图象中存在不连续条纹和类散斑结构噪声时，这种方法比传统的傅立叶变换轮廓术方法优越，能够正确地恢复物体三维面形，本文中给出这种方法的理论推导和沙体三维形态检测的实验结果。     

傅里叶变换轮廓术中三维坐标同时校准方法

在相位测量型光学三维面形测量中,最终都要将相位信息转换成被测物体的高度分布信息,这个过程往往是通过对已知世界空间坐标的特征点事先标定,获得测量系统的内外特征参数后,完成被测物体的三维坐标转换.因此,标定是三维面形测量的关键环节.本文基于双向二次相位-高度映射方法和摄像机针孔模型线性无畸变标定技术,充分利用傅里叶变换的频谱方向特性,提出了对含有特征点的二维标定物表面变形条纹的频谱进行方向滤波操作,同时获取测量系统XYZ三个方向上的标定数据,对测量系统进行立体校准的系统标定方法.结合旋转风扇叶片形变的测量系统,给出了该方法的标定结果:在XY面内(230mm×230mm)的标准偏差小于0.27mm;在Z方向上小于0.022mm,位移测量灵敏度优于0.05mm.该方法为测量系统的实用化奠定了基础.     

PMP中的液晶投影器的性能研究

针对液晶投影器能容易地通过图象板与微机连接，接收ＰＣ机发出的数字电信号并把接收到的信号转换成模拟的光信号投影，可以根据实际应用时控制投影光栅的周期及相移，提出了基于ＬＣＤ投影的全电子的ＰＭＰ方法。     

基于微分法的新相位测量轮廓术

在相们测量轮廓术中，为了得到真实相位值，必须进行相位解包裹处理的繁琐过程，为此提出一种可以直接获得真实相位值的新算法。这种算法的原理是空域中的微分（一阶）等效于频域中乘以一个线形因子，由此得到相位微分与光强的关系，求出相位的微分值后将其积分就获得相位的真实值。计算机仿真显示该方法确实有效可行。     

一种实用化的三维测量系统

提出了一种实用化的三维测量系统－交叉光轴投影光栅系统。该系统结构简单，方便实用。本文中详细论述了该系统的相位测量原理、物体面形与所求相位之间的关系。     

激光散斑引起象强度中心漂移的计算机模拟

本文对这个基本不确定度进行了计算机模拟研究，所得模拟曲线与Ｒ．Ｇ．Ｄｏｒｓｃｈ，Ｇ．Ｈａｕｓｌｅｒ等人的研究基本一致。此外，还对基本不确定度与表面粗糙度的关系，基本不确定度与成象系统点扩散函数内所包含的相关单元的关系进行了研究。     

表面微观形貌测量中光探针大小对测量结果的影响

以ＡＦＭ测量的表面微观形貌为基础，采用数值仿真技术，定量地分析光探针直径对表面微观形貌测量的影响。结果表明：评定参数Ｒａ，Ｒｑ，Ｒｙ，Ｒｚ，Ｒｋｕ以及平均轮廓斜率和最大轮廓斜率都随光探针直径的增加而减小，Ｒｓｍ随光探针直径的增大而增大，而Ｒｓｋ不随光探针直径单调变化。     

基于复Morlet小波的相位分析

针对基于结构照明的三维面形测量中的位相展开问题,提出了基于复Morlet小波分析的直接从条纹中提取自然相位的算法,并对其进行了理论分析、计算机模拟和实验,研究证明了可行性.该方法从一幅条纹图像中不需要进行相位展开就能够得到准确的相位分布方法,并且避免了传统相位方法所必须的复杂相位展开过程.当待测物体变化率比较大的时候,用传统傅里叶方法恢复得到的误差是-3～3 rad,而采用本文方法得到的误差是-2.5～0.5 rad,且对于顶部平坦部分基本没什么误差.对比分析表明,本文方法的精度要高于传统傅里叶方法.     

衍射光学元件表面形貌测量方法研究

提出了一种基于双光路双波长相移干涉显微原理的新型 DOE三维表面形貌测量方法 ,并建立了相应的测量系统。理论分析和测量结果表明 ,测量系统纵向分辨率为 0 .5 nm,横向分辨率约为 0 .5 μm(NA=0 .4) ,在整个纵向测量范围内重复测量精度优于 1 .3nm,满足了 DOE表面形貌测量的需要。     

物体面形对结构光场的空间调制：计算机模拟

提出一个实现三维面形对结构光场的空间调制的计算机仿真系统。重点讨论仿真系统的基本原理、投影光场与观察光场和三维面形的几何关系、该系统的实现方案。本文还给出了在一定系统参数条件下，几种特殊三维面形对空间结构光场调制的实验结果。