改进的阶梯相位去包裹算法研究

为减少投影条纹数量,提高测量速度,提出了一种 改进的阶梯相位去包裹算法。算法 采用彩色条纹投影测量物体三维形貌,将正弦和阶梯相位条纹分别输入彩色图像的红 色和蓝色通道构成彩色条纹,由DLP投影仪将四步相移彩色条纹投影到待测物体上,由彩色 CCD相机采集。利用颜色分离技术得到2组四步相移条纹图,其中一组为4幅正弦条纹,由四 步相移法求得正弦条纹包裹相位,另一组4幅阶梯相位编码条纹图,由与正弦条纹周期一致 的阶梯相位构成,经阶梯相位解码确定条纹级次,利用自校正算法去除条纹级次噪点后,实 现相位去包裹。进行了实际测量,结果表明,本方法 测量精度与采用四步相移法相当,但只需4幅条纹图,有效减少了投影和采集的条纹数量, 提高了测量速度。     

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。     

相位测量轮廓术中投影条纹畸变的研究

在传统的采用发散照明的相位测量轮廓术中,为了准确得到被测物体的高度分布,测量前必须将参考平面坐标与相位分布之间的映射关系计算出来并以数据表的形式存储在计算机中备用。文中研究改进了投影条纹的分布,使投影到参考面上的条纹满足周期性分布,参考面上的相位分布是坐标的线性函数,无须提前将参考面坐标与相位分布的映射关系计算好并储存于计算机中,提高了测量精度,简化了实验装置。实验表明所提出方法的可行性与有效性。     

单屏相位测量偏折术中的透明层折射误差补偿

相位测量偏折术（PMD）面形检测中常使用液晶显示屏（LCD）作为投影设备。由于LCD的多层透明结构会对条纹投影光路产生折射而导致投影条纹位置偏离，继而影响最终检测精度，因此需要对这种误差进行点对点的校正。本文将LCD的多层透明结构简化建模为一个整体的等效透明层，建立相应的PMD模型进行透明层的误差分析和补偿。将补偿算法应用到PMD中测量标准平面镜及球面镜，与未进行补偿的情况相比，测量面形均方根误差（RMS）均减少了20%～40%。该补偿方法能显著减小单屏PMD中由LCD透明层折射效应带来的误差，补偿后的面形RMS有显著减小，检测结果更接近于实际面形误差。     

投影仪标定中的相位误差补偿

为了减小由投影仪-摄像机γ非线性引起的红蓝棋盘格标定板相位误差,分析了非线性相位误差的产生原因和表现特征,建立了非线性相位误差和相位主值之间的数学模型,由该模型得到相位误差补偿矩阵并修正展开相位;同时采用MATLAB仿真并结合相关试验对该算法进行了验证。结果表明,误差补偿后棋盘格平面展开相位的均方根误差从0.0836rad下降到0.0218rad;由γ非线性引起的棋盘格角点在标靶图像中像素坐标的最大误差值约从补偿前的0.3pixel降低到0.1pixel。该方法有效减小了由投影仪-摄像机γ非线性引起相位误差,提高了标靶图像的角点坐标精度。     

复合光栅投影的相位测量轮廓术

本文提出一种利用复合光栅进行相位测量轮廓术的方法,将三个有一定相移的条纹合成一个彩色光栅,用此光栅进行投影完成相位测量轮廓术.该方法具有单帧测量、无相移误差的优点.文中给出了理论分析和计算机模拟.     

基于条纹投射和正弦相位调制的表面形貌测量系统

基于条纹投射和正弦相位调制技术,提出了一种用于测量物体表面三维形貌信息的光纤干涉系统。通过杨氏双孔结构实现了条纹投射,并以余弦电压信号驱动压电陶瓷实现正弦相位调制。为了消除机械振动、温度波动等外部干扰,采用相位控制系统对相位漂移进行检测,并生成实时相位补偿信号。补偿后相位误差可达6.8 mrad,从而获得高精度的干涉条纹相位稳定度。对待测件的表面轮廓连续测量两次,时间间隔为10 min,测量重复度达到0.05波长。实验结果证明:该系统能够实现较高精度的表面形貌测量。     

用于高反表面测量的分块平滑自适应条纹投影方法

条纹投影轮廓术用于测量高反表面时，相机成像会出现饱和区域，区域内相位信息难以提取，进而造成三维重建错误。为此，文中提出了一种分块平滑自适应条纹投影方法。首先，通过投影少量均匀灰度图，对饱和区域进行分块，根据各块的饱和程度，计算相应的初始投影强度。随后，在不饱和情况下，投射亮暗两种强度的条纹图，通过在饱和区域融合两者相位信息，实现相机到投影仪的坐标匹配，获取初始映射投影强度；然后，对初始映射投影强度进行多项式拟合，构建平滑的投影强度曲线，用于逐像素获取最佳投影强度值，同步填补了因相机与投影机分辨率差异引起的映射孔洞，最终生成自适应条纹。最后，将生成的自适应条纹投射至被测物体，进行了相位解算和三维重建。实验结果表明：所提方法只需投影少量灰度图就能生成高动态范围的自适应条纹，实现了饱和区域相位信息的完整提取。相比于现有改进方法，面形三维重建的标准偏差分别减少了40%和28.6%，有效地提高了高反表面形貌测量精度。     

正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法

数字投影仪的非线性响应是近年来研究的热点问题,因为数字投影仪虽然能避免物理光栅投影的各种缺陷,但其自身的非线性直接影响了输出信息,是相位误差的主要来源,进而影响了测量精度。针对数字条纹投影三维测量中存在的Gamma非线性和不同区域Gamma值并不一致的问题,提出一种通过正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法,通过正交条纹划分区域,对每个区域使用多项式拟合计算预编码值校正该区域条纹图像。使用该方法校正后相位误差减少了82.24%,适用于任意投影仪与相机之间的位置关系,只需要精细化计算一套分区域预编码系数并由此生成编码条纹图,即可满足该系统此后的测量需求,该方法灵活性强、精确度高。     

基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构EI北大核心CSCD

相移轮廓术因其高精度和高鲁棒性广泛应用于三维重构。由于需投射多幅条纹图到物体表面,相移轮廓术要求物体在重构过程中保持静止,导致运动物体的三维重构精度较低。文中提出了一种基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构方法。首先调整相机和投影仪时序,使投影仪投射一幅条纹图的同时,相机完成两次采集。然后分析物体运动对双采样条纹图的影响,并建立条纹描述方程。结合物体的运动信息,提取混合相移条纹图中的相位信息。最终对拍摄条纹图进行复用,提高运动物体的三维重构帧率。实验结果表明,该方法不仅可以精确重构运动物体,减少运动误差,还在投影速度受限的前提下提高了运动物体的三维重构帧率。     

一种抑制相位测量轮廓术数字化误差的方法

在采用数字光投影仪(DLP)的相位测量轮廓术(PMP)系统中,DLP投射的光栅信号实质上是对正弦模拟光栅信号的数字化,数字化过程不可避免地影响PMP的精度,本文提出一种通过连续相移多周期的相位测量来抑制数字化过程引起的误差的新方法.实验结果表明,该方法对各种相移步数的PMP均有抑制数字化误差的能力,特别在五步相移轮廓术采用三周期相移时数字化误差抑制能力最佳.     

复合相位测量轮廓术研究

最近提出了一种只投影一幅复合光栅就可测量物体三维面形的复合相位测量轮廓术（CPMP）,其中复合光栅是由四个不同频率的载频分别调制与其方向垂直的四帧相移条纹并叠加形成的。本文对CPMP在理论及实验上进行了进一步的研究,并将之与相位测量轮廓术（PMP）进行了比较分析。结果表明对于高度连续变化的物体的动态测量,CPMP具有较大的应用前景。这对于复合相位测量轮廓术的进一步应用具有实际指导意义。     

基于三角形分布光栅的相位测量轮廓术

相位测量轮廓术凭借其高精度、非接触的优点在现代生活中受到了极大的重视,但其应用却受到正弦光栅复杂制作工艺的限制。根据相位测量轮廓术的基本原理,提出了基于三角形分布光栅的相位测量轮廓术。同正弦光栅相比,三角形分布光栅的制作工艺相对简单,更具有实用意义。对这两种方法的精度进行了比较和分析,并分别在无噪声的理想情况和有噪声的实际情况下,分析了光栅周期、条纹对比度以及物体最大高度对测量精度的影响。通过计算机模拟与实验表明,基于三角形分布光栅的相位测量轮廓术具有较高的精度和可行性。     

光栅投影相位测量轮廓术在SMT锡膏三维检测中的应用研究

该文研究采用光栅投影相位测量轮廓术实现锡膏三维测量,选择合适的硬件设备搭建了锡膏三维测量实验系统,采用四步相移法进行锡膏三维测量.实验结果表明,该文所设计的锡膏三维测量实验系统采用光栅投影相位测量轮廓术能够重建锡膏三维信息,可以达到锡膏三维检测精度的要求.     

基于条纹投影和双屏透射显示的复合表面三维测量方法

光学三维形貌测量技术具有无损、快速、高精度等优势，被广泛应用于不同领域。工业生产及现实生活中的镜面/漫反射复合表面三维形貌的快速、高精度测量一直是未解决的难题。提出一种基于条纹投影和双屏透射显示的镜面/漫反射复合表面测量方法，并对系统的非线性响应进行了补偿。首先，普通屏和透明屏分别显示绿色条纹，被镜面部分反射，投影仪投射蓝色正弦条纹图到漫反射部分；其次，相机采集不同颜色的变形条纹图；然后，三维标定获取系统参数，通过相位与深度的关系恢复物体的三维形貌；最后，校正系统的非线性响应误差并进行补偿，提高三维测量精度。实验结果表明：该方法能够实现非连续复合表面物体三维形貌的高精度测量。     

基于光栅投影测量改进的类双目系统标定方法

系统标定是光栅投影测量系统中的关键一步。将投影仪看成相机的类双目系统标定方法具有操作简单、精度高、可靠性强的优势。在此系统标定方法的基础上,提出一种提高测量系统精度的系统标定方法。根据提取的标定板上圆标识的圆心坐标,利用计算机生成含有相对应十字标识的图像,用于相机标定,可避免圆标识轮廓对角点提取的影响,从而提高相机标定精度。同时,推导快速求取投影仪伽马的表达式用于相位校正,可建立投影仪像素与相机像素精确的对应关系,从而提高投影仪标定精度。结合投影仪和相机的标定结果,建立统一的世界坐标系完成整体系统的标定。实验结果表明:采用上述标定方法,可将投影仪和相机标定精度分别达到0.25 pixel和0.15 pixel;同时测量了一个长方体,精度达到0.142 7 mm。     

一种改进的消零频傅里叶变换轮廓术

为提高傅里叶变换轮廓术(FTP)的测量精度和范围,提出了一种改进的消零频FTP。将两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,将采集的两幅条纹图相减得到无零频的条纹差图。对条纹差图进行快速傅里叶变换(FFT)后,通过简易滤波器提取基频成分,将其与彩色条纹或复合光栅投影相结合,可实现单次投影。理论和实验证明了本方法的可行性。     

基于相位信息的三维视觉测量技术研究

随着三维视觉技术广泛应用于类镜面测量,对其精度的要求也日益严苛.基于相位信息的三维视觉测量技术,向被测物表面投影条纹光,然后获取经被测物表面调制后的图像,解调出待测物的相位信息,进而重建物体三维信息.通过论述相位测量轮廓术(PMP)和相位测量偏折术(PMD)的原理和检测流程,分析出该检测系统的误差来源.重点论述了4种P...     

基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法

针对当前线阵相机几何标靶标定精度不足的问题,提出了一种基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法。针对线阵相机成像特点,设计了结合相位与格雷码的绝对相位编码标靶。标定时首先由线阵相机获取标靶图像,计算标靶的绝对相位;然后在空间不同位置处摆放标靶,采用辅助面阵相机获取标靶间的相对位置关系,建立线阵相机图像与空间点的精确对应关系;最后采用两步法标定获取线阵相机内两相机间的坐标变换关系。仿真与实验结果表明：标定的最大重投影误差为0.089 pixel,与现有方法相比降低了79.78%,所提方法具有良好的抗噪、抗离焦性。     

基于相位偏移的条纹投影相位误差补偿方法研究

相移条纹投影技术三维成像的过程中，受设备非线性效应影响存在相位误差。针对相位误差的周期特性，引入相位偏移算法，提出一种非线性相位误差全场补偿方法。利用非线性相位误差的偏移变化，结合多个包裹相位的相位值选取特定阈值，最后使用算法遍历全场相位信息获取理想相位。实验结果显示校正后的误差点数是校正前的2.52%,证实了方法的有效性，通过与其他方法进行数据对比分析，表明所提方法修正相位误差效果有所提高。