基于主动条纹偏折术的透明相位物体波前测量方法

采用主动条纹偏折和相移技术提出一种新的相位物体波前测量方法。在已标定的摄像机系统中,通过相移和移动条纹显示屏可精确测量相位物体引起的成像光线偏折,从光线偏折分布中提取波前梯度分布,进而计算出待测波前分布。首先在液晶显示屏上分别显示水平和垂直两个方向的正弦灰度调制条纹图,用CCD分别记录下原始条纹图和经过待测物体后的变形条纹图,然后移动液晶显示屏,再次记录下相应的条纹图,可计算出透明相位物体引起的偏折角及其波前分布。通过对正透镜的实际测量,证明了该方法切实可行。     

基于傅里叶变换去隔行图像的动态3维面形测量

为了解决动态面形测量中隔行扫描CCD相机记录动态物体表面变形条纹图像存在缺陷的问题,提出了傅里叶变换去隔行算法,即把隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,分别对每一单场图像进行傅里叶变换去隔行处理,再利用条纹分析法重建对应时刻的3维面形。理论分析得出单场傅里叶变换去隔行图像与对应的准确满帧图像相同的结论。结果表明,该方法可以很好地恢复条纹和重建物体,且简单实用,可用于基于空间相位检测、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等条纹分析方法的动态物体3维测量中。     

改进格雷码条纹投影三维测量方法

传统的格雷码加相移法已经广泛应用于三维测量,但是相位解包裹一般需要投影多幅格雷码条纹,如何实现快速、准确的三维测量仍具有一定挑战性。提出了一种基于几何约束的改进格雷码条纹投影三维测量方法,可以有效减少格雷码条纹的数量。为了实现高速条纹投影,使用二值抖动技术将8位正弦相移条纹转换为1位二值图像。总共使用六幅条纹图像,其中三幅相移条纹用于计算截断相位,三幅格雷码条纹用于对截断相位进行初步展开获得伪展开相位,最后利用几何约束对伪展开相位进行解包裹获得绝对相位。实验结果表明,所提方法可以有效地重建被测物体的三维形貌。     

瞬时频率引导的小波变换轮廓术相位解包裹技术

提出了一种新的用于小波变换轮廓术进行相位解 包裹的质量图建立方法。对受物体形貌调制的变形 条纹图,利用小波变换相位解调技术获得变形条纹的包裹相位与瞬时频率;将瞬时频率与条 纹载频的绝对 差值和相邻像素点之间瞬时频率的变化程度两方面建立质量图,质量图值的大小可表示位 相质量的好坏, 质量图的值越小,相位质量越可靠;再设定阈值,将质量图分为质量好坏两部分,不同 部分分别采用 扫描线算法和洪流相位解包裹法进行位相解包裹。本文方法在提高解包裹处理速度的同时, 还可以更为精确 地检测出噪声、阴影或条纹突变等区域,使相位解包裹精度和效率得到了保证。通过理论分 析、仿真分析、 实物静态和动态实验表明,与现有的质量图引导的洪流相位解包裹法 相比,本文方法解包裹速 度更快,适用于动态测量中大量变形条纹图的相位精确快速解包裹。     

基于隔行扫描彩色CCD的运动姿态实时检测

提出了一种采用隔行扫描彩色CCD的三维物体运 动姿态实时检测方法。仅需设计1个在相邻通道间 有(2/3)π相移的彩色正弦光栅投影到运动物体上,用隔行扫描彩色CCD摄像机实时采 集物体的一组序列彩 色变形条纹,从每一帧彩色变形条纹的奇场和偶场RGB 3通道中分别分解出各 自的3场灰度相移条纹,针对 这些场条纹都缺失隔行的条纹信息,提出一种傅里叶变换去隔行算法,使隔行的场条纹插补 成逐行的帧条 纹,因而从每一帧彩色变形条纹中可重构出6帧去隔行灰度相移变形条纹,形成两组三步相 移的条纹,利 用相位测量轮廓术(PMP)可重构出两个不同时刻的运动姿态面形信息。从理论 得出,去隔行彩色变 形条纹重建的面形保持了传统PMP的测量精度;实验证实了本文所提出的有效性和可行性, 并且将其应用到运动物体姿态检测中,使检测运动姿态的 信息量提高1倍。     

一种新的三维面形测量方法

当一正弦光栅被投影到物体表面时，光栅条纹发生变形，物体表面的高度信息就转变为变形光栅图的相位分布。本文提出了一种新的、简单的、但又非常有效的方法进行了相位解调，并转化为物面高度信息。     

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。     

2维载频条纹傅里叶变换轮廓术

为了在3维形貌测量中解决非连续物体所存在的非连续相位解包问题并提高测量精度,提出采用2维网格光栅作为空间载频条纹的傅里叶变换轮廓术。首先应用2维傅里叶变换对2维光栅条纹图像进行频谱分析;然后设计带通滤波器分离出两个1维变形光栅条纹,在1幅变形网格光栅条纹得到两个1维光栅各自所对应的包裹相位分布;最后应用查表法进行解包得到确定的调制相位分布,给出了详细的理论推导和实验结果。结果表明,采用2维网格光栅+查表相位解包法很好地解决了1维单一频率光栅条纹的低测量精度、1维双频光栅的频率混叠以及3维测量中高度不连续所存在相位解包问题,该方法是可行的。     

多场景下结构光三维测量激光中心线提取方法

结构光三维测量技术是获得物体三维信息的重要途径,激光条纹中心线提取是影响结构光三维测量精度和速度的关键因素。提出了一种适用于多场景下结构光三维测量的激光条纹中心线提取方法,充分利用图像中激光条纹的几何信息和相关性生成自适应卷积模板,实现激光条纹图像的滤波和增强处理,使激光条纹横截面灰度值满足高斯分布;经灰度加权法实现激光条纹中心线的亚像素精度定位与提取。实验测试结果表明:该方法可实现多场景下形状、材质各异物体的条纹中心线提取,有效克服了激光条纹亮度分布不均、噪声干扰等影响,单幅图像处理时间缩短为0.107 s且相对误差减少到0.076 5%,有效提高了激光条纹中心线的提取精度和速度。     

基于U-Net网络的结构光三维测量术

结构光条纹投影是广泛应用的一种三维测量技术.虽然该技术经过几十年的研究和发展,但如何从单幅图像中快速获取物体三维形貌仍然是没有得到很好解决的难题之一.近几年,深度学习方法广泛应用于计算机视觉和图像处理领域.提出一种基于U-Net网络的结构光三维测量方法.该方法直接从单个变形条纹图中获取物体表面的深度信息,实现三维形貌的快速测量.仿真和实际实验数据证明了所提方法的有效性.由于仅从一幅变形条纹中计算得到三维数据,所提方法可应用于动态物体三维面形的测量.     

基于反向条纹投影的动态物体形变测量

本文提出一种应用反向条纹投影技术对动态三维物体进行形变测量的方法。该方法应用反向条纹投影原理,首先根据绝对相位测量法计算出反向条纹,然后投影反向条纹图到动态形变物体表面,并用高帧频摄像机跟踪记录物体表面反向条纹的动态变化过程,成像面上的反向条纹只在待测物体有形变的区域发生弯曲变形,没有形变的部分则仍然保持直条纹,显明地记录了形变物体的变形,处理时经过傅里叶变换、频谱滤波、傅里叶逆变换等就可以得到形变物体的面形变化。可以只处理物体产生形变的部分,滤波过程也就变得比较简单。对振动过程中的薄膜形变进行了测量和分析,证实了该方法的有效性。     

基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

使用莫尔层析方法测量温度场。设计了一种旋转莫尔偏折仪,该装置可以获取180°范围内的莫尔条纹图。采用傅里叶变换相位展开技术处理莫尔条纹,提取轴向任意截面的投影信息,使用一种新的莫尔层析迭代算法重建温度分布,该迭代算法与已有的代数重建算法不同,它由莫尔偏折基本公式和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行迭代,可以直接实现对非完全投影数据的层析重建。实验中使用8个方向的莫尔条纹图对双峰结构温度场进行重建,得到了截面的温度分布,峰值的重建误差低于5%。测量结果证明这是一种准确、适用性广的层析重建方法。     

一种基于Abel变换的温度场重建方法

光学干涉测量通常以干涉条纹的形式显示被测对像的信息,如何从干涉条纹中获得被测流场的投影数据是重建流场的首要问题;本文提出获取流场折射率投影数据的一种方法,该方法是根据干涉条纹位移量和折射率的Abel变换关系式,将被测流场分割成不等间距的若干个圆环,使得在每一个分割间距内恰出现一条条纹,则条纹密集处获得数据点多,保证了重建的精度;通过计算机模拟验证了该方法不仅简单易行,而且获取的折射率分布的精度高;最后将该方法应用到轴对称温度场中,由折射率重建了三维温度分布。     

应用三步相移法的三维面形测量

提出一种基于三步非定步相移的三维面形测量方法。首先将投影仪投出的光栅进行预校正,保证投到参考面的条纹为标准的正弦条纹。测量时,由投影仪投影三幅等相移量的光栅到待测物体表面,CCD相机对应采集三帧变形条纹图,由相位计算模型提取相位。最后通过高度映射公式恢复待测物体的三维面形。该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大情况下,仍能进行测量,为动态在线测量奠定了基础。模拟及初步实验均验证了该方法的可行性。     

基于隔行扫描奇偶场图像的动态物体三维面形测量

存基于傅里叶变换轮廓术(FTP)的动态物体三维面形测量中,选用隔行扫描CCD相机记录动态图像,由于其一帧中两场图像时间上的分离性,导致帧图像错位模糊,使测量误差增大甚至产生错误.针对这一问题,提出利用隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,各自直接利用FTP重建物体面形的新方法.理论分析得出单场图像与准确的满帧图像重建物体三维面形是完全相同的结论;仿真及实验结果都表明该方法的有效性.该方法既保持了原有准确帧图像的重建精度,又使整个测量系统的时间分辨率提高了1倍;实现简单快捷.     

相位测量偏折术中基于多频相移法的寄生反射抑制法

相位测量偏折术(phase measuring deflectometry,PMD) 是一种针对镜面和类镜面物体的光学三维面形测量技术。但在测量透明物体时,后表面反射光将与前表面反射光混合,从而造成条纹图案混叠,进而引入测量误差。为解决这一问题,本文提出了一种基于多频相移法的后表面反射抑制方法。通过分析相位误差与条纹频率之间的关系,并借助调制度曲线和构造的辅助函数,找到一个特殊的频率,理论上该频率下展开的连续相位等于前表面的相位。又由于透镜的复杂性,利用时间相位展开算法逐频展开的连续相位存在级次计算错误,为此提出了改进算法实现级次校正,进而得到该频率下的屏幕坐标,最终完成前表面面形的准确重建。透明镜片的实测结果表明,所提方法能从混叠条纹中顺利解调出前表面相位。     

干涉条纹中心线提取与细化的新方法

干涉条纹分析是光学干涉计量的重要分析方法,本文提出基于改进Yangtagai求极值点法与改进Hilditch细化法相结合的干涉条纹中心线提取与细化方法,该方法具有条纹断点少、抗噪声能力强以及处理速度快的特点。通过实验证实了本文提出方法的有效性。     

受限空间内表面三维形貌测量技术

提出一种利用光学导管在受限空间内进行三维形貌测量的方法。由多块反射镜构成的光学导管可以将投影系统在空间外产生的条纹图像投射到空间内表面;同时也可以将空间内采集到的图像传送到空间外并被CCD接收。避免了由于空间制约引起的阴影和遮挡,实现了在受限空间内部进行三维测量。实验结果表明了该方法有效可行。     

用于光流计算的一种神经网络算法

本文给出了一种利用神经网络计算光流场的新算法。整个计算过程分为三个阶段:神经网络模型参数的估计,轮廓边界垂直速度分量的动态测量以及光流场的计算。通过网络能量函数和运动的约束误差函数的比较对网络参数进行估计。用一个动态算法迭代运行非线性光流场计算方法以使神经网络能量函数达到最小,同时也对垂直速度分量进行动态估计。由模拟试验结果讨论了影响神经网络收敛性能的若干因素。