双频虚拟光栅投影三维测量技术

莫尔三维测量中的傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率进行测量,存在着由于待测物体高度变化率过大引起的相位解调困难问题。为解决该问题提出了利用双频虚拟光栅投影的三维测量方法。通过双色光干涉同时形成双频虚拟光栅,将双色干涉条纹投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形彩色干涉条纹。变形的彩色干涉条纹经过光学接收系统成像在彩色CCD探测器上。彩色CCD探测器所接收到的是双色光通道复合的变形虚拟光栅图。通过色度学方法对同一幅彩色变形虚拟光栅图的不同色光通道进行分离,并对分离后的双频虚拟光栅调制图进行综合。既兼顾了效率,又有效地解决了被测物体高度变化率过大引起相位解调困难的问题。     

基于图像拼接和双频投影栅线法的三维形貌测量

为解决采用光栅投影式三维轮廓术测量物体三维形貌时,出现的条纹图样的不连续性,利用计算机编程,生成由两种不同频率合成的复合光栅,将它投影到被测物体上,并将被测物体放在精密的旋转平台上,通过二次成像后对两幅图像进行图像拼接,得到清晰的被光栅调制的物体图像,再对图像进行傅里叶变换,然后采用滤波器滤出相应的高频和低频成分,利用低频光栅的相位差辅助解出高频光栅的真实相位差,从而实现物体的三维形貌重建.结果表明,本方法简单、精度高,可以成功解决有突变面形和投影时具有阴影的物体的三维形貌测量问题.     

3D形貌测量中一种基于主成分分析的单帧投影栅算法

将主成分分析(PCA)引入投影栅形貌测量中,提出 了一种基于PCA的单帧投影栅算法。由计算机生成正弦条纹图,利用DLP投影仪投影到 被测物体表面,由CCD相机采集受物体 形貌调制的畸变条纹图并保存在计算机中进行处理。首先由采集的变形条纹图构成5帧 空域相移图;然后将多帧相移条纹图分解成不相关的主成分,由第1和第2主成分利用反正 切函数计算得到变形条纹相位信息;最后根据条纹相位的单调性,采用聚类分析法确定相位 全局符号。实验结果表明,本文算法无需确定相移量就可直接解调出与物体形貌对应的相位 数据,运算速度快,测量精度高,适用于在线三维形貌测量。     

三维小视场成像系统

研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测表面调制的变形条纹图。通过四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的三维形貌测量实验证明了所研制成像系统的可行性和准确性。     

基于一维经验模态分解的非等步在线三维面形测量

提出一种基于一维经验模态分解(EMD,empirical mode decomposition)的像素匹配方法,应用于在线三维面形测量。首先由计算机产生一固定正弦光栅条纹图,利用DLP投影仪投射到被测物体表面,物体在线运动将产生等效相移,由CCD相机采集5帧任意步长的受物体面形调制的变形条纹图。由于物体的运动使得几帧变形条纹图中的物体像素不对应,因此需要对变形条纹图进行像素匹配。通过对采集到的5帧变形条纹图进行一维EMD,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像分布,然后通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的部分作为像素匹配模板进行像素匹配,计算出相应的等效相移量。最后利用五步非等步相移算法解相,并恢复出被测物体的三维形貌。计算机仿真与实验验证了本文方法的有效性。     

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。     

基于FTP的三维轮廓测量方法及实验

为了快速、高精确度地得到物体的三维轮廓信息,在此利用傅里叶变换轮廓术,将被测物体置于光栅投影下,采集变形光栅图像,根据被测物体表面的高度与相位差之间的映射关系,通过在计算机中与参考光栅原像的比较分析,以获得被测物体的三维轮廓信息。实验中搭建了由LCD投影仪、CCD摄像机、图像采集卡和光学导轨等组成的光栅投影测量系统的硬件平台,提出了用1台计算机同时控制投影和采集处理光栅图像,根据映射关系在多次实验中不断修改优化测量参数,做到既不影响视场范围,又保证较高的测量精度,并给出了由计算机重建后较好的三维轮廓图像精度及其实验的测量误差分析。     

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。     

一种基于清晰度的显微浮雕轮廓术

提出了一种基于清晰度的显微浮雕轮廓术。 采用5倍显微物镜,将正弦条纹通过投影仪从显 微镜目镜瞳口处耦合投射到载物台上,按照一个合适的步长移动Z轴,用CCD采集一系列不同 离焦量下 的条纹图像,用variance清晰度评价函数计算清晰度与离焦量之间的归一化曲线图,由此建 立清晰度与高 度的查找表;然后,放入待测浮雕物体,用CCD采集对应的条纹图像,采用图像分割分解不 同浮雕高度的 区域,再计算各区域内条纹的清晰度,根据查找表查找相应的高度,从而得到待测浮雕物体 不同区域的高 度信息,以此来重构浮雕物体的三维形貌。实验仿真分析证明了该方法的可行性,硬币上数 字为“0”的浮雕 物体表面三维形貌重建结果证明了该方法的有效性,其误差范围在[－2μm,2μm]之间 。     

动态三维面形测量的研究进展

近年来,光学非接触三维面形测量技术被深入研究和广泛应用,其中常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面,利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像,再从中解调重建出被测物体的三维面形分布。与单帧图像的傅里叶条纹分析方法相结合,这种基于条纹投影的调制和解调技术被拓展应用到动态过程(物体)的三维面形测量和重建中,以满足日益增长的动态过程分析需求。回顾了近年来在基于条纹投影和傅里叶分析的动态过程三维面形测量以及薄膜振动模式检测研究中的进展,讨论了不同动态过程的测量方法和测量系统,给出了相关应用的实验结果。讨论了该技术的优点和面临的挑战,并指出了该领域今后的发展动向。     

线性CCD实验系统的研究

CCD（Charge Coupled DeviCe）越来越广泛被应用于工业、军事、民用等行业,采用CCD数据采集卡,和微机相结合,对被测图像信号进行快速采样、存储及数据处理。本实验系统研究主要从5个实验的研究,其中讲述了线阵CCD的特性测量的基本原理、线阵CCD的输出信号的二值化测量的原理及方法、线阵CCD的A/D数据采集、及成像系统的研究、线阵CCD对物体的尺寸的基本测量、对角度的测量等基础知识。最后通过总结性的研究线阵CCD的A/D数据采集程序的方法。     

激光淬火过程实时检测系统的设计

为了研究激光淬火过程中工件加工质量,研制了一套新型激光淬火动态检测系统.采用CCD实时采集淬火过程红外热辐射图像数据,通过合理选择CCD型号,消除了检测过程中图像过饱和现象.计算机图像处理将彩色图像转换为灰度图像,并对灰度图像进行伪彩色处理和阈值分割处理,获得了加工过程中硬化带宽度数据,设计出实时检测软件系统.结果表明...     

Fast Profilometry of 360° Spinning 3D Measurement

ＦａｓｔＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙｏｆ３６０°Ｓｐｉｎｎｉｎｇ３ＤＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ①ＳＯＮＧＹｕａｎｈｅ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ，ＣＨＥＮＷｅｎｙｉ，ＴＡＮＹｕｓｈａｎ（ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＬａｓｅｒ＆ＩｎｆｒａｒｅｄＡｐｐｌｉｃａ...     

基于激光三角法的煤矸石装载体积测量方法

为了解决地磅在煤矸石装载量称重中效率低、成本高等问题, 提出了一种基于激光三角法的非接触式煤矸石装载体积测量方法。首先通过CCD相机实时采集激光器投射在满载煤矸石的运动车厢表面的激光条纹信息, 并采用中值滤波和基于Otsu算法的阈值分割法对图像进行预处理, 实现图像有效区域的提取; 然后使用基于骨架的灰度重心法提取激光条纹的中心线; 最后采用黎曼积分计算车辆的煤矸石装载量。结果表明, 此系统结果误差控制在4%以内, 符合系统运行要求, 证实了该测量方法的可行性与实用性。该研究为复杂环境下公路运输管理的装载量测量提供了参考。     

基于CCD的激光扫描测距技术研究

对基于CCD的激光扫描测距技术进行了研究,采用线激光进行物体截面轮廓测量,测量系统由线光源激光器、CCD摄像机、图像采集卡、计算机和相应的测量软件构成,该装置能获取被测物体部分截面的深度图像和距离(尺寸)信息.     

A color phase shift profilometry for the fabric defect detection

For fabric defect identification in the textile industry, a three-dimensional （3D） color phase shift profilometry （CPSP） method is proposed. The detecting system is mainly composed of one CCD camera and one digital-light-processing （DLP） projector. Before detection, the system should be calibrated to make sure the camera parameters. The CPSP color grating is projected to the measured fabric by DLP projector, and then it is collected by CCD camera to obtain the grating phase. The 3D measurement can be completed by the grating phase difference. In image acquisition, only invariable grating is projected to the object. In order to eliminate the interference from background light during the image acquisition, the brightness correction method is researched for improving the detection accuracy. The experi- mental results show that the false rate of detecting the fabric defects is 5.78%, the correct rates of detecting the fabric defects of hole and qualified fabric are both 100%, and the correct rates of detecting the fabric defect of scratch and fold are 98% and 96%, respectively. The experiment proves that the proposed method can accurately identify fabric defects.     

数字图像处理在激光再造熔池温度场检测中的应用

为了更好的研究激光与材料表面的相互作用,采用非接触式测温方法对激光再制造熔池温度场进行了检测。利用CCD对激光熔池进行拍摄,通过数字图像处理技术对拍摄图片进行处理,经过温度标定后便可以得到激光熔池温度场的分布情况。结果表明结合数字图像处理的温度场检测技术可以表征激光熔池温度场的分布规律。     

激光远场能量密度分布测试系统的实现

要设计了基于CCD成像法的激光远场能量密度测量系统,给出了CCD成像法测量远场激光能量密度分布的基本原理,并在特定条件下对激光能量测量模型进行简化.利用漫反射靶板将激光的能量分布信息采集至CCD相机,并在靶板的特征位置上安装能量探测器,依据激光能量模型,将激光光斑图像灰度信息与激光能量探头所测的实际能量值进行信息融合,...