结构光测量系统的投影仪标定方法研究

传统单目视觉结构光测量系统通过解相位间接计算被测物的高度信息,系统约束性过强、不易操作、且标定精度较低.将双目立体视觉原理引入单目结构光视觉测量系统,根据投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,将投影仪当作一个逆向的相机,建立了投影仪模型,使用成熟的相机标定算法对投影仪进行标定.再配合四步相移法和基于多频外差原理的时域相位展开法,实现条纹图像的快速精确解相位.相对于传统的单目视觉结构光测量系统,本方法具有单目视觉系统操作简单、鲁棒性强的特点,同时也可以达到双目视觉测量的精度.实验结果表明,这种方法的投影仪标定精度达到了实际应用的要求.     

高效RGB格雷码与相移法结合的三维重建技术

针对传统相移法在三维(3D)轮廓重建时相位展开耗时长和精度较低的问题,提出了一种新的高效率的三原色(RGB)格雷码编码方式对相位解包裹。用彩色摄像机分别拍摄经由物体高度信息调制后变形的正弦光栅图像,每幅光栅图片相移π/2;在正弦光栅灰度值最大处投射RGB格雷码对条纹定级;根据左右图像的相位展开值和双目视觉原理对左右视图进行匹配,恢复模型的3D轮廓。提出的方法在64级条纹之内将解码需要的投影条纹数量减少到3幅,测量速度和精度都有明显提高。将提出的方法应用在模型表面测量和标准球测量实验中,结果表明,提出的方法提高了重建速率且精度小于0. 03 mm。     

基于格雷码和多步相移法的双目立体视觉三维测量技术研究

传统的被动式双目立体视觉三维测量技术,具有操作简单,使用灵活方便,相机标定技术成熟的优点,但是对于特征点稀疏图像,寻找匹配点困难,匹配精度低。编码结构光测量方式通过向待测物体投射特定的编码图案,获取编码图像进行解码求解物体的三维信息,具有着测量精度高,速度快的优点,但是存在着投影仪标定精度低,实现难度大的缺点。提出了将双目立体视觉和编码结构光相结合的三维测量方法,在完成双目校正的基础上,向待测物体投射格雷码图案和多步相移图案,给予被测物体容易识别和可控制的特征信息,最后求取物体的三维信息。而且通过实验论证了投射多步相移图案比起4步相移图案,测量精度更高,能够更好的体现物体细节。     

基于单幅光栅条纹图像的钢轨表面三维重构研究

针对光栅条纹相位测量法利用相移法提取相位时需要3幅以上的相移光栅条纹图像,使得整个重构过程复杂的问题,提出利用单幅光栅条纹图像提取相位的方法进行钢轨表面的三维重构。通过对单幅光栅条纹图像进行希尔伯特变换的方法实现相位移动。利用推导的相移公式直接求取包裹相位变化量,并解包裹得到连续相位分布。将连续相位代入相位高度映射关系,获得轨面高度分布,重构钢轨表面三维形貌。利用传统Stoilov五步相移法重构钢轨表面。通过对仿真结果的对比分析并结合实际情况,该方法能够很好地实现钢轨表面的三维重构,并且误差小于Stoilov五步相移法,运行速度较快,更适合在线检测。     

基于五步相移与菱形解相的三维重建方法

针对物体三维重建时由于欠采样、噪声、局部阴影、干涉条纹断裂等导致包裹相位变换过快、解包裹相位计算梯度产生不连续和偏差等问题,提出一种采用五步相移法与改进的菱形算法获取物体表面相位信息的方法。结合相位法系统模型,直接根据相位信息计算出物体相机坐标系坐标,获取点云,实现三维重建。实验结果表明,相对于四步相移法以及传统相位解包裹算法,本方法解出的相位展开完全且不失真,特征点提取全面,重建点云表面细节丰富,相位求解精度显著提高。     

相移法光栅投影3维物体表面重建中一种消除交叠的算法

光栅投影成像是3维物体重建和测量的重要技术。它将广泛应用于科学研究、生产、文化艺术、医学等各个领域。目前,这项技术的自动化程度较低,速度较慢。因此,对其研究具有重要的理论意义和实用价值。首先介绍了光栅投影成像和3维物体重建的基本原理,然后提出了利用光栅投影条纹编码、解码、相移技术和莫尔法相位解缠确定3维物体深度信息的方法。光栅投影条纹采用逐步二分的二进制7位码编码,相移采用间隔π48步相移的正弦相移技术。此外,还提出了一种算法以消除因光栅条纹图像发生交叠而造成条纹解码产生的错码。这种算法利用各幅条纹编码图像中条纹位置的相关性,通过对条纹边界线灰度值的迭代,实现交叠条纹的区分。该算法加快了条纹解码和相位解缠速度,减少了存储量,提高了自动化程度和测量精度。     

基于复移Morlet小波的光栅条纹图像相位提取

面结构光三维测量中,变形光栅条纹的相位信息映射为物体表面的高度,为了提取变形条纹的相位,用复移Morlet小波作为母小波,并给出复移Morlet小波的参数带宽fb和中心频率fc的取值方法,对由物体表面高度调制而发生变形的条纹图像进行连续小波变换,利用最大值法确定小波变换的"脊",进而提取条纹图像的相位.模拟和实验均表明...     

双四步路径相移均值法

在光栅投影三维表面测量系统中,光学仪器的伽玛非线性和随机噪声是影响相位展开精度的两个主要因素。双三步相移法具有同时降低这两类误差的独特优势,但仍然存在非线性误差较大且相位测量精度较低两个方面的问题。针对以上问题,提出了双四步路径相移法,首先将双三步相移法中对齐平均的思想应用于四步相移法,以降低非线性误差对测量精度的影响;进而提出了相位域空间变换多频外差方法,以利用所有测量相位进行相位平均,进一步降低随机误差的影响,提高测量精度。实验结果表明,该算法能够有效地提高相位展开的精度,具有更强的适应性。     

基于相位偏折术和图像处理的表面缺陷检测

针对工业产品中类镜面透明物体表面缺陷检测的问题,研究了基于相位偏折术和图像处理结合的检测方法;采用格雷码和四步相移法解算反射条纹图的绝对相位,将绝对相位转换为梯度后可视化即可得到缺陷图;分析缺陷图中后表面干扰产生的原因,提出采用图像处理的方法消除后表面反射干扰;该方法能保留前表面缺陷,过滤后表面干扰;实验结果表明,文章所提方法能够实现对类镜面透明物体表面缺陷检测,效果较传统明场检测有较大提升.     

利用单幅变形光栅条纹图提取相位的方法研究

针对单幅变形条纹图的调制相位提取问题,提出了两种分别基于频移法和基于希尔伯特变换的相移法从变形条纹图中提取面形相位的改进方法,并对它们的性能进行比较分析。在频移法中,通过使用伸缩窗口傅里叶变换来优化基频的准确提取;在相移法中,采用软件的方法利用希尔伯特变换来实现物理上的相移,并结合了求平均相位斜率的的方法有效去除载波相位成份。两种方法的共同优点都是只需要拍摄单幅条纹图像,操作简单,计算复杂度不高,有利于快速测量,具有良好的应用前景。     

基于三通道融合的结构光中心条纹提取算法

实现坝体连接处永久缝的非接触式三维形变测量方法,对保障大坝安全运行具有重要的意义。结构光用来快速获取待测坝体拼接缝部位的表面形貌数据,并利用所获得数据对待测物体表面相貌的三维重构获得缝隙部位形变状态。由于结构光的光条中心提取精度易受噪声干扰,提出了一种三通道特征融合算法来提取条纹中心点。首先,利用方向梯度直方图、局部二值模式和Gabor函数得到三幅光条特征图像。然后,利用图像融合算法确定最终的特征图像。最后,用细化骨架的方法得到中心线。实验结果证明,相较于Steger算法,该方法的最大和平均列坐标差下降至2像素和0.069像素,且测量误差减小至0.114 mm。     

相敏检测系统中自动移相的实现方法

在分析现有的多种可调移相方法基础之上，针对相敏测系统中输入信号的特点，在保证准确度的前提下，提出了采用高性能的准１６位单片机８０９８进行移相控制，实现正交搜寻快速自动移相的方法，该方法是通过将采入单片机中的一组正交测量数据进行比值运算，查表并进行三次变换来完成最佳移相度的选取。将该法应用于大时间常数的同步外差相敏检测系统中，使移相速度大为提高，从而改善了系统的动态特性。     

显微三维测量的技术及应用

显微三维测量系统是将四步相移结合编码技术和三维传感技术相结合,应用于光学立体显微镜上,可对一些微小物体进行观测和测量,并获取深度信息,建立三维图像,从而用简便、经济的手段进行微小物体的三维测量。本文简要的介绍了该原理及系统的组成,并列举目前在一些领域中的应用实例。     

基于误差校正的高精度三维测量系统

基于投影仪的结构光三维测量系统已得到了广泛的应用,但由于投影仪与相机的非线性特点,使用现有相位恢复算法得到的相位值具有一定的误差,影响了三维测量的精度。提出了一种基于二次型误差校正的高精度相位恢复算法。通过对标准平板进行相位恢复,分析其误差分布特征;用二次多项式对该误差进行逼近,得到误差的分布规律;根据求出的二次型误差模型对投影仪结构光系统得到的初始相位值进行修正,得到了高精度的相位恢复结果。实验表明,该算法比现有算法具有更高的相位恢复和三维测量精度。     

基于空域均值法的双频三维轮廓测量

针对传统双频三维轮廓测量方法存在分辨率低、数据处理时间长等问题,提出基于空域均值的双频三维轮廓测量方法。该方法通过空域均值图像对采集到的包含物体深度信息的双频结构光图像进行处理,得到物体表面的真实深度信息,提高测量效率和测量精度。通过对物体模型的测量,证明由该方法构成的系统输入、输出满足线性关系,并且可以实现高效、高分辨率的三维物体轮廓测量。     

线结构光光条中心提取算法

目的 线结构光视觉测量是一种利用可控光源和数字图像的主动视觉测量方法,光条中心提取是线结构光视觉测量的关键技术,直接影响到线结构光视觉测量的精度。传统灰度重心法只在图像的横向或纵向上计算光条的灰度重心,没有考虑光条的法线方向,精度较低。本文提出一种改进的光条中心提取算法,以期实现光条中心的精确提取。方法 在分析线结构光的光条灰度特性基础上,基于传统的灰度重心法,提出一种改进的两步提取算法。基于图像差分法从原始图像中分离出有效的线结构光光条,采用传统灰度重心法对光条中心进行粗提取;在粗提取的光条中心点处通过自定义的方向模板确定光条的法线方向,以粗提取的光条中心点为中心,沿法线方向采用灰度重心法进行二次提取,获取线结构光光条的中心。结果 本文采用CCD相机、镜头、线激光器及辅助机构搭建线结构光视觉系统,采用提出的算法对线激光器投影产生的直线型光条、非连续光条和弯曲光条的中心进行提取。通过光条中心提取实验获取的光条中心线的走向与光条的走向大致相同,符合预期的光条中心线。本文将Steger法作为评价标准,分别计算本文算法、传统灰度重心法与Steger法提取的光条中心的偏差,通过对比实验可知,本文算法提取的光条中心的偏差更小,并且程序运行时间比Steger法减少了3 s以上。结论 本文研究线结构光的光条中心提取算法,对传统灰度重心法进行改进,能够实现直线型光条、非连续光条和弯曲光条等不同形状光条的亚像素级中心提取,并且在保证较少的程序运行时间的同时,能够提高传统灰度重心法的光条中心提取精度。