傅里叶变换轮廓术中抑制零频的新方法

基于条纹投影的傅里叶变换轮廓术(FTP)是一种非接触、快速的光学三维面形测量方法.将短时傅里叶变换引入傅里叶变换轮廓术中,通过合适滑动窗口把变形条纹分成许多局部条纹段.计算每一个局部变形条纹的归一化傅里叶谱,提取零频分量,从中重构出变形条纹的零频分量.再计算原变形条纹的归一化傅里叶谱,并从中减去零频分量,以达到利用一帧变形条纹就可以抑制或消除零频分量对傅里叶变换轮廓术测量的影响,使得携带被测物体高度信息的基频分量的扩展几乎可以达到零频,而不发生混叠,相当于达到了π相移技术消除零频的效果.同采用π相移技术来消除背景光场的改进傅里叶变换轮廓术方法相比,此新方法仅需要对CCD获取的一帧条纹图进行处理,测量装置简单,随着计算机处理速度的提高,使傅里叶变换轮廓术能真正发挥其快速测量的优势.     

提高傅里叶变换轮廓术测量精度的新方法

在傅里叶变换轮廓术 (FTP)测量方法中 ,成像装置获取受到物体高度调制后的变形结构光场 ,通过傅里叶变换 ,滤波和逆傅里叶变换恢复出物体高度分布。频谱滤波是FTP中很重要的一个过程 ,也是影响FTP测量精度的一个重要因素。通常滤波是手工选择合适的滤波函数和滤波窗口大小 ,窗口太小 ,表示物体细节的高频信息将丢失 ;窗口太大 ,无法消除噪声。本文提出一种新的滤波方法 ,无需手工选择滤波函数 ,可以很好地保留物体高频信息并消除随机噪声 ,从而提高FTP的测量精度。计算机模拟和实验证实了所提方法的有效性     

基于FTP的二维傅里叶变换的研究

傅里叶变换轮廓术(FTP)是三维物体形貌测量的重要方法,一维傅里叶变换可用于一般曲面相位解调,但对高频干扰和低频背景噪声敏感.连续应用一维傅里叶变换或反傅里叶变换可实现二维傅里叶变换,采用二维傅里叶变换,进行二维频谱分析,可用来分离和提取有用三维信息.具体实验验证表明,二维傅里叶变换能消除沿非栅线方向造成的灰度变化以及高频噪声,减小计算结果沿Y方向的波动,更好反映三维物体细节信息,提高相位解调的精度.     

傅里叶变换轮廓术中一种普适的计算公式和系统标定方法

提出一种新的普适计算公式和系统标定方法,推导了傅里叶变换轮廓术(FTP)中高度-相位映射关系.由于新的普适计箅公式对系统的几何结构没有严格要求,测量系统的搭建变得容易,投影系统和成像系统可以任意放置以便获得更好的条纹信息,因而操作灵活.提出的标定方法能够准确得到普适条件下系统参数的组合,避免了对系统各个参数的直接测量,提高了测量系统的可操作性及测晕速度.实验中采用本方法对最大高度为28.00 mm的物体进行测量,相对误差仅为0.97%.测量结果证明,提出的方法能够准确恢复物体的三维形貌且具有较好的普适性.     

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。     

基于结构光投影的薄膜振动模式分析

为了验证薄膜振动模式的有效性,采用正弦条纹投影和傅里叶条纹分析的方法进行薄膜振动模式分析和振幅重建,并进行了理论分析和实验研究。在基于结构光的主动3维传感技术中,傅里叶变换轮廓术具有单帧获取、高分辨率、全场可实时测量等优势,成为可测量动态3维面形的一种实用方法。正弦光栅条纹被投影到振动中的薄膜表面,采用低帧频的CCD相机采集由薄膜振动导致条纹局部模糊的一系列变形条纹图。通过傅里叶变换轮廓术方法进行处理,最终得到不同频率下实际测量的薄膜振动模式结果。给出了理论计算结果与实测结果的验证比较。结果表明,该方法测量的振动模式结果准确反映了薄膜振动情况。3维面形测量结果和实验验证了该方法的可行性。     

傅里叶变换轮廓术中带通滤波器窗口参数的自动选取方法

频域带通滤波器是傅里叶变换轮廓术(FTP)中的一个重要环节。考虑到FTP系统光学结构和相关参数的变化,本文提出了一种FTP轮廓术中带通滤波器窗口参数的自动选取方法。该方法只利用一帧变形条纹图,对变形条纹图像的傅里叶频谱进行数值微分,粗略找到基频中心的初始位置;然后,利用图像直方图和阈值分割技术处理傅里叶频谱,获取带通滤波器的中心频率和带宽,实现频域滤波的自动化处理。该方法能自动适应FTP系统光学结构和相关参数的变化,使傅里叶变换轮廓术发挥其动态测量的优势,在三维光学测量工程应用中有较大实用价值。计算机模拟实验和实测结果均验证了本文方法的有效性。      

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。     

自由空间激光远距离传输的地面模拟研究

根据透镜的傅里叶变换性质,提出了采用光学傅里叶变换加级联光学成像放大并结合有限口径接收的方法来实现自由空间激光光束远距离传输的实验室模拟。由此原理设计了自由空间激光远距离传输模拟装置,该装置主要由大口径、长焦距的傅里叶变换平行光管和三级成像放大镜所组成,最大等效传输距离达2.4×105km,可用于星间激光通信终端综合通信性能的评估,在设定的误码率下测量终端可能的通信距离,或者在设定的作用通信距离下检测通信的误码率。     

Fourier变换轮廓术中参数的选择和优化研究

利用光栅投影法原理进行三维物体轮廓测量的关键是要选取合适的参数,以确保系统测量精度和测量范围,并确保证傅里叶频谱的完全分离.重点讨论利用等效波长的概念,对傅里叶变换轮廓术(FTP)中的参数进行选择和优化.实验结果表明,压缩夹角,提高投影光栅的空间频率,可在频域中避免各次频谱的混叠,并保证系统的测量精度.     

采用交织抽样方法消除Fourier变换轮廓术中频谱混叠

采用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换轮廓术进行３Ｄ面形测量时,被测物体的高度变化爱到测量范围的限制。当高度变化超过ＦＴＰ的测量范围时,由于阴影和频谱混叠,无法实现正确的三维重建。在正交光轴测量系统中避免阴影格频谱混叠,我们采用减少成象光轴和投影光轴之间的夹角的方法避免阴影,由于成象光轴和投影光轴之间夹角越小,测量精度越低,为了保证ＦＴＰ的测量精度,增加摄影至被测物体上的条纹数。当ＣＣＤ的分辨率没有提高时,一个条     

FTP中采用双帧条纹消除阴影影响的高度拼接讨论

在FTP测量中,阴影和条纹断裂会影响到正确三维面形的恢复,本文采用两帧条纹来避免阴影对物体面形恢复的影响.提出利用调制度信息来确定从两帧条纹图中恢复的高度图像的拼接区域,并用最小二乘法进行拼接的方法.既避免了阴影对测量的影响,增大了FTP的测量范围,又提高了测量精度.通过实验验证,此方法能有效性地重建具有陡峭变化物体的三维面形.     

满足双视场需求的红外模拟光学系统的设计

简述了红外场景产生的技术背景以及基于液晶光阀实现可见光到红外视频图像转换的模拟器的总体结构。重点介绍了一种适用于两种不同视场的红外光电系统测试与评估的动态红外场景模拟器光学系统的设计，其中包括变倍透镜的选择和准直投射光学系统的设计。从理论上分析了利用变倍透镜的变化写入不同放大倍率的可见光图像，来满足视场变化需要的方法；从光学指标的确定，结构、材料的选取到最终光学性能，阐述了准直投射光学系统的设计。此投射光学系统工作在8～ 12 μm , 焦距271.69 mm，视场为±4°，入瞳距150 mm，后工作距离139.2 mm，点列图和传递函数曲线表明此投射光学系统像质达到理想状态。最后分析了光学系统性能参数与指标要求的符合。在满足设计指标的前提下，和变焦系统相比，该光学系统结构简单、成本低、可行性高。     

利用灰度图减小Fourier变换轮廓术的频谱混叠

本文利用常常被人们忽略的灰度图中包含的频谱信息来减小零频分量对基频分量的影响。先记录一帧被测物体灰度图，然后投影正弦条纹到被测物体表面，记录变形条纹图。在对变形条纹图进行处理以前，先从变形条纹图中通过灰度图消除非均匀反射率对变形条纹的影响，得到均匀的变形条纹分布。文中给出的理论分析和实验结果可以证明：该方法可以限制零频分量的扩展，提高了FTP测量范围和精度，且测量系统简单，无相移装置。     

滤波窗的选择对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响

比较了在有噪声和无噪声的情况下，傅里叶变换轮廓术中采用三种频域滤波窗对测量精度的影响。给出了在有噪声和无噪声情况下。FTP中采用不同滤波窗的测量误差分布图。得出在无噪声及噪声较小的情况下，采用平顶高斯滤波窗测量面形精度最高，而在噪声较大的情况下，采用汉宁滤波窗测量面形精度最高.     

往复冲击条件下磨痕三维形貌的测量

提出一种采用傅里叶变换轮廓术(FTP,fourier transform profilometry)对磨痕三维形貌进行测量的方法,具有只需采集一帧条纹图、数据处理少、简单易行和测量速度快等优点,适于自动化测量。采用一种新的产生正弦光强方法,将正弦光强投影到试件表面产生包含三维形貌信息的光栅条纹,利用FTP重建磨痕的三维形貌。实验对不加润滑油状态下往复105次冲击后的磨痕形貌进行测量,并将实验结果与四步相移所测结果进行对比,验证了本文方法用于测量往复冲击条件下磨痕形貌的可行性,并为进一步研究往复冲击时接触润滑效应提供了新的实验依据。     

傅立叶变换轮廓术测量范围的普适讨论

针对目前傅立叶变换轮廓术(FTP)测量范围的公式仅适用于投影呈一维变化的光栅条纹的情况，对FTP的测量范围进行了更深人的讨论，给出了适用于投影呈二维变化的光栅条纹的普适的测量范围公式。得出了当被测物体的频谱呈现非圆形分布时，可以采用改变投影的光栅条纹的方向消除频谱混叠，达到在不增加条纹密度和图像获取装置的分辨率的情况下减小或消除基频和零频问的混叠。     

基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法

为了克服光学三维传感中相位恢复困难的问题,提出了一种基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法.这种方法的特点之一是使得垂直于条纹方向特定长度的颜色序列是唯一的,从而建立了空间位置与颜色的对应关系.特点之二是相邻条纹之间具有最大色差,因而具有最大可区分性.将得到的彩色组合条纹投影到物体表面得到变形条纹,通过计算各种颜色条纹相对参考平面上条纹移动的距离,可以恢复出物体的高度.实验证明,该方法需要获取的图像少、计算时间少、精度较高,具有很强的抗干扰能力.