基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量技术研究

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。     

基于线扫描的管路三维重建技术研究与实现

针对航空发动机管路装配过程中,装配质量难以保证、检测效率低的问题,提出一种基于线结构光的管路三维重建测量方法。该方法通过线结构光扫描技术,获取管路表面三维轮廓数据,利用三维点云数据提取管路脊线和半径值。针对离散的脊线坐标值,采取NURBS算法对其拟合,利用管路脊线和半径值重建管路三维模型。通过线结构光扫描测量系统,获取管路轮廓点云数据,重构管路三维模型。实验结果证明,该方法和测量系统可以实现管路三维的快速重建,重建数据可用于管路间隙测量。     

基于相移条纹分析的相位误差补偿技术发展综述（特邀）

结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。     

线结构光三维轮廓测量系统的标定方法

在线结构光360°三维轮廓测量方法中,采用多图像传感器系统可实现物体整体轮廓及局部形貌细节同时高精度测量.为了实现测量系统多传感器同时标定,提出一种线结构光多传感器三维轮廓测量系统的标定方法.以直接线性变换法为系统标定模型,设计含有多特征点的靶标控制场来解算系统模型参数,应用二元全区间插值误差校正方法对物方坐标计算误差进行校正,实现对整个测量系统的标定.并提出了一种基于二维离散傅里叶变换的多分辨率标定靶标特征点提取的新方法.论述了线结构光四传感器测量系统的标定过程.实验结果表明这种标定方法可实现多传感器测量系统高精度同时标定.     

时空二值编码结构光三维成像中的亚像素匹配方法

在时空二值编码结构光三维成像系统中,一个投影仪像素通常与摄像机图像坐标系的多个像素对应。为提高系统的测量精度及数据密度,提出了一种适用于时空二值编码结构光三维成像系统的摄像机与投影仪图像亚像素匹配方法。根据测量系统的二维传递函数的低通滤波特性和时空二值编码方案,对摄像机采集的图像采用时间正弦拟合的方法求解每个像素处的相位。由于该相位与投影仪图像坐标成正比关系,所以可以实现摄像机与投影仪图像的亚像素匹配。实验结果表明该方法可将系统的测量精度提高1个数量级。在相同实验条件下的测量精度与相位测量轮廓术的相当。     

条纹投影与相位偏折测量技术研究进展

条纹投影和相位偏折测量术可用于精确地测量待测物面形,在全场光学三维轮廓测量领域具有较好的发展前景。首先,介绍了条纹投影和相位偏折测量技术的基本原理,重点是这两种技术中的相位提取技术、摄像机定标技术等关键技术。其次,对条纹投影和相位偏折测量术这两种测量方法的异同点做了对比。最后,介绍了条纹投影和相位偏折测量技术在提升测量精度和速度方面的发展。为了提升测量精度,主要有校正条纹Gamma效应、提升相位提取精度、摄像机标定精度和相位-高度/梯度标定精度等途径;为了提升测量速度,主要有提升相位提取速度、相位解包裹速度等方法。     

具有较大测量范围的激光线扫描三维测量机

文章就线结构光三维轮廓测量方法及其实用化做了深入的分析和研究。研制的光刀 中心位置获取电路,提高了测量速度;采用双CCD 补偿算法来提高系统的测量精度;用最小二乘拟合结构参数的方法来标定光刀在高度方向和轴向的物象相对坐标关系,解决了测量中的标定问题;对物体的分段与分层测量极大地扩展了测量范围。实验结果表明,所开发的线扫描测量机具有较大的测量范围,较高的精度和测量速度,具有很高的实用价值     

光学三维轮廓测量技术综述

三维物体表面轮廓测量是获取物体形态特征的一种重要手段。本文分类讨论了光学三维轮廓测量中所采用的技术，介绍了各种技术的基本原理及特点，并重点描述了以相位测量方法为基础的几种典型光学轮廓测量方法，为今后正确和广泛应用三维传感技术提供了参考。     

金属表面轮廓的线结构光测量研究

为研究线结构光法在测量金属表面轮廓时所能达到的测量精度和影响因素，首先对线结构光测量仪的性能进行了分析，然后完成了对金属样块表面轮廓的测量实验，并与同属光三角测量原理的光切法进行了对比。结果表明：线结构光测量仪的线性度、分辨率和重复测量精度都比较高，能实现微米级的位移测量。但受激光散斑噪声和金属表面反光等因素的影响，该方法的轮廓测量精度大于10μm。而光切法的轮廓测量精度接近微米级。因此，结合光切法的优点，在保证测量范围和工作距离的前提下，设计能投射无散斑高质量光条的光路结构，可以进一步提高线结构光法的轮廓测量精度。     

面向结构光三维测量的相位展开技术综述(特邀)

结构光三维形貌测量方法越来越多地应用于逆向工程、航空航天、生物医学、文物保护等领域。相位展开作为结构光三维测量中的一个关键环节对测量精度、速度和可靠性起着决定性作用。文中综述了相位展开技术的基本原理、国内外研究现状、各类方法的优缺点和未来发展方向。首先根据相位展开计算方法不同，将现有的用于结构光三维形貌测量技术的相位展开技术分为以下四类进行详细的介绍：时间相位展开技术、空间相位展开技术、基于深度学习的相位展开技术和其他相位展开技术；然后详细比较了各种技术的优缺点；最后总结了相位展开技术的特点并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容，研究者们可用于了解各类相位展开技术的原理与进展，进而根据不同方法的特点对比结合应用需求和测量条件选择最有效的相位展开技术，实现三维形貌的精确测量。     

结构光条纹中心线的鲁棒提取

结构光条纹中心位置的精确检测是影响结构光系统精度的关键问题之一。提出一种多步骤的鲁棒性提取方法,首先采用自适应阈值法剔除噪声点,然后采用光条膨胀和细化方法,得到初始的中心点,并利用此初始中心点的梯度,得到光条法线方向。最后,在法线方向求取灰度重心,得到光条亚像素中心线。该方法应用在基于线结构光检测原理的隧道轮廓变形监测装置中,实验结果表明,能准确提取光条纹中心。     

基于系统空间结构约束的多线结构光条纹中心线提取方法

线结构光测量系统容易受到环境光干扰从而影响条纹中心线的提取.通过对系统空间结构约束的分析,文中提出一种多线结构光条纹中心线的提取方法.该方法分为标定和测量两个阶段,在标定阶段求出中心线的偏移量和偏移系数;在测量阶段中,分别在有环境光和无环境光时求得条纹中心线的三维世界坐标.通过平面和曲面拟合实验测量精度,并与Stege...     

基于光栅投影的钢板孔洞缺陷测量

针对基于光栅投影的钢板外观质量检测中孔洞检 测缺陷精度不高的问题,提出一种基于双投影的孔 洞缺陷检测方法。在钢板上方等间距设置两个线激光阵列,交替投影等间隔明暗分布的光栅 场,CCD相机 分别采集两个方向上投影到钢板表面的云纹图像,利用相移法分别求解出两个方向云纹图像 的相位信息, 然后分别重建得到钢板两个方向的三维轮廓。通过背景二值化定位投影盲区,将两个方向的 重建三维轮廓 进行融合,从而完成钢板的三维重建,实现钢板表面孔洞缺陷的测量。实验结果证明:钢板 的厚度测量精度为0.05 mm,孔洞缺陷测量精度可以提高到0.1 mm。     

复杂光线环境下结构化光斑的差动成像提取方法研究

结构化光斑提取是线结构光三维视觉测量的重要基础。针对在复杂背景光环境下结构化光斑难以提取的问题,本文提出一种基于时域差动成像的结构化光斑提取方法。通过电路控制线结构光与成像单元的同步工作,使连续拍摄得到的两帧图像中一帧含有结构化光斑,另一帧不含结构化光斑,通过对两帧图像灰度值的相似性特征参数识别,提取光斑的潜在区域,再结合关联区域筛选处理,即可有效提取出结构化光斑。这一方法能够在复杂的背景环境中将低信噪比结构化光斑准确提取出来,对于线结构光三维视觉测量等结构化光斑的相关应用都具有很高的实用价值。     

多鸽巢自适应排序的快速相位展开方法

为提升单目结构光测量系统的测量精度和效率,对结构光三维重建中最重要步骤相位展开算法进行了改进,提出一种多鸽巢自适应排序的相位展开算法,其有效地抑制了相位展开过程中的误差传递,并能显著提升计算效率。首先,根据像素的二阶差分定义像素的不可信函数,并将相邻像素组合成为像素组;然后,自适应构建具有不同不可信值范围的鸽巢使其满足误差传递要求,并依次将像素组放入对应参数的鸽巢中;最后,根据鸽巢的不可信值从小到大依次进行相位展开。在单目结构光系统中开展验证实验,实验结果显示:提出的相位展开算法相较原算法提速38.37%,且在点云求解精度上有较大提升,有效优化了测量系统相关性能。     

改进的三频三步相移结构光三维重建方法

针对结构光三维重建中的传统三频三步相移方法需要投影过多编码图像、效率低的问题,提出了改进的三频三步相移结构光三维重建方法。该方法与传统三频三步方法均需要3种频率的正弦条纹图,但条纹图数量只需5张,即最高频率的条纹图3张,但初始相位不同,剩余频率的条纹图各1张。较传统方法的9张条纹图投影效率提高44.44%。随后推导了该方法的求解原理,由最高频的3张条纹图直接求得重建所需包裹相位,另外两张条纹图用于对包裹相位进行展开,理论上该方法与传统三频三步算法具有相同的精度。最后进行了4组实验,验证了该方法的重建精度、复杂不连续模型重建能力、不同光照环境中的重建稳定性以及对彩色物体重建能力。结果证明该方法在有效提高测量速度的同时保证了和传统三频三步方法一致的精度和适应性。     

视觉测量红外光点图像中心精确提取

提出了一种视觉测量中的红外光点图像中心提取方法。首先,使用一组阈值平面与红外光点灰度能量分布相交确定光点能量等高线,得到各等高轮廓点和阈值平面截得的能量包络。然后,利用最小二乘椭圆拟合等高线上轮廓点的椭圆中心,并计算阈值平面所截得的能量包络的质心,以椭圆中心和包络质心的黄金分割点作为等高层面上的光点中心。最后,利用各等高层面光点的中心获得红外光点图像中心的精确位置。试验验证结果表明,算法对红外光点图像中心提取可取得较高精度。目前,方法已在面阵静态红外地球敏感器标定中得到应用。     

基于线结构光的三维测量系统关键技术研究

提出了一种基于线激光、工业相机 、步进电机和 计算机的结构光的单目视觉三维扫描测量系统,阐述了其工作原理,建立几何数学模型,搭 建了系统试验平台,并基于灰度平方加权重心法提取光条中心。实验结果表明, 系统测量误差小于±0.03mm,光条中心提取精度达到亚像素级,满 足工业测量应用需求。     

红外人脸隐蔽性三维测量

提出了一种利用近红外结构光对人脸进行隐蔽性三维测量的方法。将波长为850nm的红外结构光条纹投影到人脸表面,利用相位测量轮廓术获取人脸的三维数据。用频谱分析的方法讨论了皮肤对结构照明光场的影响,通过实验给出了系统等效的传递函数,并计算分析了皮肤对红外正弦条纹对比度的影响.由于皮肤的透射和散射等特性,在设计人脸三维测量系统时,必须使用较低空间频率和较高对比度的结构光。实验结果表明,文中提出的方法是可行的,满足人脸隐蔽性三维测量的要求,在医学美容、人脸识别等领域具有广阔的应用前景。