格雷码与相移结合的结构光三维测量技术研究

为了准确地获取投射光的投射角,本文引入了格雷码与相移结合的编码解码方法,该方法可对投射角空间进行连续划分.给出了针对本测量系统的相移投射图案及相位公式,再将该相位与采样点对应的格雷码结合可得到绝对相位,并给出了绝对相位到投射角的转换公式,从而确定采样点的投射角.本文还分析和解决了解码过程中存在的格雷码和相移周期错位问题,最后给出了重构仿真实验结果.     

基于相移结构光重建的三维数字化服装建模

针对服装动态虚拟展示中三维数字化服装建模问题,提出了一种面向实体服装的相移结构光重建方法.应用格雷码结构光编解码和4步相移相位重建结合相位跳变修正算法,得到高精度服装三维结构光解码相位数据.以张正友摄像机定标算法进行摄像机/投影仪系统标定和计算机视觉中的对极几何原理进行三维点云数据重建,并采用迭代最近点(ICP)算法,对基于多角度旋转采集到的服装图像数据进行三维点云拼接重建,生成了实体数字化服装模型.几组服装的重建结果表明,相移结构光重建方法能够实现实体着装的数字化建模功能.     

基于格雷码结构光的编解码研究

在三维重建过程中,要准确地求取扫描点的空间坐标信息必须准确地得到计算空间坐标信息需要的参数.为了获取计算参数,文中使用格雷码编码结构光的方法.格雷码是一种出错率小的编解码方法,使用这种编解码方法可以更加准确地对条纹进行解码.为了更好地对格雷码条纹进行解码.本文提出一系列图像预处理方法使得条纹边界曲线的提取更加有效.在图像预处理过程中,分别对图像进行放大、灰度、二值化、边界提取.通过实验数据验证,采用本文提出的图像预处理方法对条纹进行解码的精度更高、出错率更低.     

基于频率着色的被动声呐宽带能量检测方法

为了提高被动声呐宽带能量检测(CED)所能获得的目标分辨和检测能力,本文了提出基于频率着色的宽带能量检测办法。该方法将光的三原色(RGB)引入到被动声呐宽带能量检测中,将所处理宽带信号的波束输出按频率映射为不同的三原色色值,得到彩色波束输出矩阵,利用色光三原色加色法原理对彩色波束输出矩阵进行混色,获得宽带彩色输出,最终按时间并列输出得到彩色的方位时间历程图(BTR)。所提方法既保留了积分处理带来的处理增益,同时利用宽带目标信号的频率特征差异,利用颜色突出目标与干扰、目标与背景之间的差异,提高显示性能。数值仿真和实测数据结果表明:所提方法可以获得优于CED的多目标分辨和弱目标检测的能力。     

基于结构光的颜色时间编码技术研究

介绍结构光三维视觉测量技术的基本原理,分析结构光时间编码中二进制格雷码编码解码方法,提出基于RGB颜色编码的编码方法,该方法将黑白条纹用红蓝条纹代替,用绿条纹将红兰区域分开,提取绿条纹中心得到条纹的准确定位,从而使得物体重构更准确,最后给出实验仿真结果.     

基于结构光点云的变形测量方法研究

针对结构变形测量需求,提出一种基于结构光点云的变形测量方法。搭建了结构光相机测量系统,基于投影仪逆向相机的假设并借助棋盘格标定板完成了系统标定。采用格雷码辅助的四步相移技术设计投影仪投射的图案,并利用标定的系统参数,完成待测物表面的三维重建,获得结构表面点云。提出基于点云间距离计算结果的结构变形分析方法,并分析比较了基于点到点、点到面和面到面3种点云距离计算方法原理。通过实验验证了所提基于结构光点云的变形测量方法的可行性和精度,实验结果表明,该方法可以实现结构离面位移的高精度测量。     

基于数字微镜装置的结构光照明层析成像

在结构光显微系统中使用可编程数字微镜装置代替压电驱动的光栅,产生稳定可靠的结构光照明.为避免数字微镜装置本身的像素化结构对成像的影响,系统中引入一个低通的空间光调制器,以滤除经过数字微镜装置后产生的高级(±2nd及以上)衍射光.此时在样品上形成的结构光不再是单一频率的余弦光栅图案,传统结构光显微成像中通过光栅3步相移成像获得层析图像的方法不再适用.新算法通过5步相移得到5幅源图像,也可重构出层析图像.结果表明,传统荧光图像中几乎不能分辨的某些精细结构,在重构的层析图像中能够清晰地分辨出来.     

多灰度级格雷码三维测量方法

针对两灰度级格雷码三维测量方法存在编码图案多、测量效率低的问题,研究多灰度级格雷码的三维测量方法.与两灰度级格雷码方法相比,该方法采用多个灰度级形成编码图案,同等条件下能有效减少编码图案数量、明显提高测量效率.通过m幅N(N∈Z,N≥3)灰度级格雷码图案将被测空间分为Nm个区域,编码图案中的条纹平行、宽度相同.根据格雷码编码图像将N灰度级格雷码转换为N进制数,进而转化为十进制数,从而得到编码图像中每个像素点在编码图案中所对应的区域序号,并结合光学三角法的数学模型得到被测表面的三维坐标.实验结果表明,该方法对深度距离为850~1150 mm平面的方差小于2 mm2,测量误差小于2 mm,最大绝对误差小于5 mm,该方法适用于具有复杂和不连续表面的被测对象,测量结果能较好地体现被测表面的细节特征.     

四步相移干涉测量的相位补偿及仿真

在应用相移技术进行相位测量时，相移器的相移误差直接影响相位的测量精度．将快速傅立叶变换技术和四步相移技术相结合，对相位进行补偿，并推出相位误差补偿公式．利用快速傅立斗变换技术求出实际相移量与理论值的相移误差εi，代入相位补偿公式计算相位．通过计算机仿真，采用四步相移算法、四步相移补偿算法得到了各个采样点的相位误差．分析可得，采用四步相移补偿算法比直接采用四步相移算法得到的相位误差有更高的精度，相位误差平均值提高10倍以上．     

基于右手人工电磁传输线的差分移相器设计

结合宽带差分移相器的基本结构,以及新型右手传输线的色散特性,提出了一种具有任意相移量的新型右手人工电磁传输线的差分移相器,并针对该移相器提出了2种新型结构,分别采用“色散”右手传输线取代标准Schiffman移相器中平行耦合双线、或直接取代传统均匀传输线来作为移相臂,得到新的相位差分电路,并采用射频仿真软件ADS（Advanced Design System）进行访真分析.理论分析和电路仿真均表明采用该右手传输线制作的移相器在很宽的频带上具有恒定的差分相移量,并且在工作带宽范围内器件具有很小的插入损耗,比标准的Schiffman移相器有了更大的灵活性和适应性.     

基于格雷编码的彩色结构光快速三维测量技术

提出一种基于格雷编码原理的彩色结构光三维测量方法,通过向被测物体投影两幅彩色结构光栅,分析得到物体表面的三维信息,在保证测量精度和准确度的同时,提高了三维测量的速度。将格雷编码原则和容易辨别的颜色结合应用到彩色条纹编码中,得到序列周期唯一且编码周期起始位置任意的彩色条纹编码,克服了码间干扰,解码方法简单且精度高,适用范围广;利用三色相移法取代传统三幅相移法。实验结果表明,使用基于格雷编码原理的彩色结构光方法可以得到被测物体精确的表面高度信息。     

物体三维表面形状的自动化测量

介绍了一种三维物体表面形状的测量方法。传统的投影栅线(或云纹)法与相移法结合被用于三维表面形状的测量。由投影仪投影一束空间周期性分布的光学条纹至物体曲表面时,在物体表面可见到被其曲表面调制了的变形的光学条纹,它由计算机连接的高分辨率的CCD摄像机记录,在投影仪内的光栅由计算机控制移动数个位置,得到相应的光条纹分布的图像,这些图像的光强经过运算后可以得到一个相位图,当它与参考平面上的规则相位图相减时,则可以得到物体表面形状。     

基于数字全息的三维面形测试

三维面形测量一直是质量检测和逆向工程等领域的重要研究课题。基于双曝光数字全息干涉术的原理,设计了数字全息记录测试装置,实现了三维面形的非接触测量;基于双光源法,在物光路采用垂直光轴方向移动透镜的方法,代替了直接倾斜反射镜改变照明光束倾角的方法,实现了对物体面形的不同灵敏度测量。基于相移干涉术的原理,实现了四步数字相移法,省去了压电位移器、位相控制器等硬件,简化了装置,从而实现了数字全息三维面形测试。实验表明,该方法操作简单,测量精度高,并且简化了测试光学系统,其在照明光束角度改变量Δβ=0.0382°时的精度可以达到2μm。     

3D surface reconstruction based on binocular vision using structured light

A 3D surface reconstruction method using a binocular stereo vision technology and a coded structured light, which combines a gray code with phase-shift has been studied. The accuracy of the 3D surface reconstruction mainly depends on the decoding of gray code views and phase-shift views. In order to find the boundary accurately, gray code patterns and their inverses are projected onto a human eye plaster model. The period dislocation between the gray code views and the phase-shift views in the course of decoding has been analyzed and a new method has been proposed to solve it. The splicing method is based on feature points. The result of the 3D surface reconstruction shows the accuracy and reliability of our method.     

相位偏移gamma矫正方法的结构光三维视觉测量技术

为补偿结构光三维测量过程中的非线性gamma误差,提出基于相位偏移的gamma误差矫正算法,对三维结构光视觉测量与重构技术进行了研究.首先,对结构光测量的基本原理和基于正弦条纹光栅的结构光测量方法做了介绍;其次研究了基于相位偏移方法的gamma矫正方法,通过实验对矫正方法的有效性进行了验证;最后通过三维重构实验得到被测量的物体矫正前后的三维重构图像,并且对其进行分析对比.实验结果表明,设计的矫正算法有效降低了三维测量中gamma畸变造成的相位误差的均方根值,提高了测量精度,具有实用价值.     

红外测量图像自适应彩虹码伪彩色编码方法

由于空中目标测量图像灰度往往不均衡,采用传统彩虹码进行伪彩色变换时往往造成色彩分布极不均匀,整幅图像仅仅显示一、二种颜色。基于此问题,本文根据测量图像灰度分布特性,利用自适应阈值理论,对传统彩虹编码进行改造,提出了一种基于测量图像的自适应伪彩色编码方法。实验结果表明：变换后得到的伪彩色色彩丰富,完整地覆盖了全部有效灰度范围,且算法具有较好的自适应性。     

高密度组合结构光编码方法

为了提高采样的密度,缩短采样的时间,提出了一种非接触式的组合结构光编码技术。首先由计算机构造的一系列格雷码和二值条纹,按一定的时间顺序投射到被测物体上;然后,提取格雷码的边缘和二值条纹白条纹的中心,将其上的点作为图像的采样点并解码。通过辅加二值条纹,消除了格雷码的一位解码误差,制造了丰富的特征点,易于实现物体的三维重建。试验证明,该技术简化了光栅投影的步骤,提高了重建的精度,具有很好的实时性和有效性。     

双摄像机结构光三维测量系统自标定方法

针对双摄像机与投影仪结构光三维测量系统的标定问题,提出了极线约束条件下的自标定方法．依据极线约束理论,通过标定物上特征点与对应双摄像机的两个像点确定极线方程,建立了两个摄像机之间的平移和旋转关系矩阵．将多编码周期三角形灰度分布图案投射到标定物,获取特征点在投影仪上对应点的坐标,采用改进8点法建立投影仪与双摄像机关系矩阵的两个估计矩阵,利用对极距离为目标函数进行估计矩阵优化,得到双摄像机和投影仪的参数矩阵．采用该系统对平面和人脸进行了三维测量实验,结果表明平面测量的最大绝对误差不大于1．7mm,相对误差不大于0．18％,表明了该三维测量系统自标定方法的有效性．     

结构光时间编码技术进展

编码技术是决定结构光三维测量准确度、分辨率和可靠性的关键因素.时间编码相对于空间编码和直接编码而言,具有高准确度、高分辨率的优点,是结构光三维测量技术的发展趋势.时间编码方法分为二灰度级编码、多灰度级编码和组合编码三类,本文综述了结构光时间编码技术近二十年的发展和应用情况,并指出该技术今后发展趋势.