采用光栅相位法的三维人体测量系统设计

依据相移法开发出便携式三维人体扫描仪,用于实现快速三维人体重建.阐述了光栅相位法测量三维物体的工作机理.设计出光学投影系统、相移装置及图像采集与处理模块实现人体三维测量功能.利用单片机C8051 F340搭建硬件控制平台并开发了相应的控制软件,利用VC++编制上位机程序控制三维测量系统,完成三维人体光栅图像获取及图像处理.人体模型测量实验表明:所设计的三维人体测量仪可在100ms内获取4幅变形光栅图像,经解相处理生成三维点云,通过曲面重构获取完整人体模型.测量仪具有接口方便、体积小、操作方便、测量速度快、精度高的优点,满足快速获取三维人体信息及模型重建的要求.     

投影莫尔技术应用于静态物面微小变形测试的研究

物面微小变形测试在电子制造、逆工程等领域具有重要意义。本文一改传统机械式相移结构，设计了一种全新的投影莫尔三维轮廓投影成像测试系统。首次利用计算机实时控制变光源实时控制相移，大大提高了系统测试速度（全场测量：4－8sec）。采用垂直投影，对CCD倾斜成像机构，提高了光场的均匀性和可测物范围（测量面积最大可为300＊300mm^2）。另外该系统还具有光强照明均匀性好等特点。系统测量精度可达40μm。文中详细分析了系统关键技术，并给出了具体实验结果。结果表明系统的设计原理是成功的。     

快速离焦投影三维测量技术

随着数字投影技术的发展,基于投影的三维面型测量技术在多种场合得到广泛应用。基于相移的结构光投影测量技术以其算法简便精度较高得到较快发展。但投影仪为非线性仪器,会影响强度变化,进而影响相位测量精度;此外由于投影仪工作原理的投影速度受到限制。离焦投影技术的出现为高速测量和高精度测量提供了新的方法。总结了目前国内外对离焦投影技术的研究现状;从投影工作原理、相移算法、解包裹算法、误差补偿、条纹调制、标定技术及离焦投影技术的相关技术细节进行全面介绍,为数字离焦投影三维测量工作的研究提供参考。     

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。     

基于多频外差原理的三维测量技术

提出了一种基于外差原理的三维测量技术,该技术由相位移法、外差原理和双目立体视觉3部分组成。相位移法和外差原理相结合能够自动完成相位展开,同时保持相移法原有的相位求解精度;然后根据相位展开后的相位图,使用双目立体视觉原理自动完成左、右对应点的立体匹配和被测物体的点云重构。利用基于多频外差原理的三维测量技术建立了一套三维测量系统,该系统由2个CCD摄像机和1个DLP投影仪组成。利用上述系统对人脸模型进行测量试验,测量结果表明该系统能够完成复杂自由曲面的测量,测量数据完整可靠。     

调制度测量中一种新的相移误差分析方法

通过相移技术获取调制度值的调制度三维测量法,不可避免地存在相移误差,从而降低测量精度。简述了调制度测量原理,分析了相移误差对调制度的影响,提出利用图像灰度值进行相移误差分析并进行误差补偿,以提高测量精度。实验以一平面石膏为测量对象,根据测量结果,验证了该方法的正确性和有效性,对采用相移技术的三维测量法具有重要的意义。     

彩色梯度相移与格雷码相结合的三维测量方法

为了实现高分辨率快速非接触式三维测量,将彩色梯度相移法与格雷码相结合,提出了三维测量算法。将一幅彩色梯形三步相移图案和两幅彩色格雷码图案相结合,对测量空间进行编解码;通过两幅彩色格雷码图案将测量空间可靠地分成64个子空间,通过一幅重复彩色梯形三步相移图案将每个子空间分成6个区域,每个区域再通过强度比细分到像素级。给出了编码图案和解码公式,组建了彩色结构光三维测量系统,并分别采用彩色梯形相移法和本文提出的方法对深度为700～950nm的平面进行了仿真和实际测量。理论分析、仿真与实际测量结果表明,得到的测量平均误差0.9mm,测量标准差1.2mm。最后,采用本文方法对石膏和人体进行了测量实验,结果显示该方法具有抗干扰能力强、运算速度快的优点。     

任意相移最小二乘法迭代的在线三维检测

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术(PMP)在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度,同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度,提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中,任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面,采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图,其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后,采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明:在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下,该系统的测量结果稳定,均方根误差均不高于0.169 9mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件,提高了测量的灵活程度,使在线PMP更具普适性。     

采用准正弦投影光场的三维面形测量系统

本文提出一种直接由罗奇光栅离焦产生准正弦投影光场,进而采用离散相移技术对观察光场解调,实现三维面形测量的方法。研究了准正弦光场随离焦量的变化规律,离散相移次数与测量精度的关系,建立了一个微型计算机三维面形测量系统,给出了该系统对实物模型的测量结果。     

互补格雷码双 N 步相移的彩色编码光栅投影轮廓术

在三维轮廓测量领域,互补格雷码相移法能够得到连续的展开相位,然而,单组相移条纹导致其测量精度极易受到周围环境变化的影响,且传统投影方式增加了干扰的引入。针对此问题,本文提出了一种基于彩色编码光栅投影的互补格雷码双N步相移法。首先将双N步相移条纹和互补格雷码条纹混合编码成彩色条纹,然后依次投射到目标表面,最后从采集的彩色条纹中提取相位信息分别进行相位解算、融合后求得表面三维形貌。为了验证本文所提方法,将该方法与传统互补格雷码N步相移法以及三频外差法进行了对比实验。实验结果证明,本文方法能够获得高精度表面形貌信息,有效降低测量误差,同时检测效率提高50%。