基于最小化灰度误差的非线性相位误差补偿方法

非线性相位误差是影响数字投影平面检测精度的重要因素,为了补偿数字投影系统中的非线性相位误差,对非线性误差的模型进行了研究与分析。根据误差模型中的高次谐波理论,构建了一个评价函数,利用此评价函数可以确定补偿之后的截断相位。首先,需要利用高步相移技术求出各谐波项的系数,然后通过相移公式求出实际的截断相位,最后,使用评价函数来求取补偿之后的截断相位。实验结果表明：此种误差补偿方法效果明显,将实际物体相位误差的平均绝对误差与标准差从0.027 31 rad和0.031 14 rad降低至0.008 71 rad和0.010 79 rad,极大提高了相位的精度。     

相移干涉测量中相移误差的自修正

分析了相移干涉测量过程中相移误差产生的原因,研究了基于迭代最小二乘算法的相移误差修正法,实现了任意两幅干涉图间相对移相量的计算和自适应校正.基于光、机、电、算四系统,实现任意步长的3幅以上干涉图像的采集,用迭代最小二乘法计算任意两幅干涉图间的相对移相量,然后将其闭环反馈至硬件相移系统,自动修正相移步长为给定量的特征相移值,从而完成干涉仪相移误差的自修正.构建了相移误差自校正系统,通过实际干涉测量验证了算法的正确性和相移误差自修正系统的可行性.结果表明,自适应修正后相移量相对误差＜5％,面形RMS测量重复性＜λ/1 000,实现了高精度、高效率的相移误差自适应修正.     

误差补偿技术在相位偏移干涉测量中的应用

在研究泰曼—格林相位偏移干涉仪测量原理基础上，分析了位移驱动器移相误差对五幅移相计算结果的影响，一阶线性误差和二阶非线性误差是相位偏移干涉测量技术中产生相位误差的主要因素；提出了五幅算法移相误差补偿技术，该方法直接从相位偏移干涉图中计算移相过程中存在的一阶及二阶移相误差，对五幅算法结果进行误差修正；采用玻璃平晶为测试对象，建立了泰曼一格林干涉仪移相误差补偿原理试验系统。试验结果表明在同时存在一阶移相误差及二阶移相误差情况下，采用提出的移相误差补偿方法可以将位移测量精度提高6倍，相当于采用氦氖激光器的倍程干涉仪中位移精度达到1．0nm。     

一种消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双 N 步相移法

互补格雷码双 N 步相移法因其具有鲁棒性好、检测精度高等特点在条纹投影轮廓术领域成为研究热点。 然而,传统互 补格雷码双 N 步相移法存在检测效率低以及未消除周期性毛刺相位误差的问题。 针对这些问题,本文对传统互补格雷码双 N 步相移法进行改进消除周期性毛刺相位误差,首先通过相机捕获形变条纹图像并计算出两组截断相位,然后利用两组截断相位 的相关性消除检测数据中的相位差、周期性毛刺相位误差,再对两组截断相位进行融合,最后通过互补格雷码相位展开法对融 合后的截断相位进行相位展开。 实验得出本文方法在检测效率不变的情况下,能有效消除周期性毛刺相位误差,得到高精度展 开相位,相比于未消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双 N 步相移法,本文检测方法精度提高了约 24. 57% ,相比于互补格 雷码 N 步相移法,本文检测方法精度提高了约 6. 29% 。     

相移器平移误差与倾斜误差不敏感相移新算法

相移器的相移误差包括平移误差与倾斜误差,使同一幅干涉图诸像素点的相移量并不相等,但仍然在同一平面上.据此,本文提出了消除相移器位移误差与倾斜误差的最小二乘迭代算法.通过对相移平面的最小二乘拟合,即可以消除相移器平移误差与倾斜误差对位相分布求解结果的影响.并通过数值模拟,验证了这种算法在消除相移器位移误差与倾斜影响上的有效性.     

数字相移全息干涉术用于高精度的形变测量

本文提出一种能定量确定全息干涉位移条纹的相位值的数字相移技术。该技术采用计算机控制采集数据和计算表面形变。探测器上每一点的相位值可由四帧连续的强度数据和每帧之间的参考相移求出。位移条纹的级次可由被测点的测得值加减２π确定，直到两相邻探测点之间的相位差小于π为止。实验结果表明这种技术能在±１°的精度内精确地细分条纹。     

结构光测量中相位误差的过补偿与欠补偿校正

针对现有结构光测量中采用的相位误差补偿算法存在的相位误差过补偿或欠补偿问题,提出了一种新的相位补偿误差校正算法。推导了环境光下四步相移的相位误差数学模型,解释了相位误差过补偿、欠补偿的产生原因;通过数学推导获得相位误差的解析表达式,提出了相位误差过补偿、欠补偿的校正算法。该方法通过向标定平面投射4步相移图像、16步相移图像与黑白图像获得相位误差系数;然后在8种不同环境光条件下重复这一步骤获得多组系数;最后运用参数拟合法获得相位误差数学模型的具体表达式。实验结果表明:无论在黑暗环境还是光环境下,利用该修正方法进行相位误差补偿后均可使相位精度达到0.002rad,比进行相位误差补偿前提高了8.6倍左右,比查找表(LUT)提高了2.5倍左右。该算法精度高,速度快,能有效解决相位误差过补偿、欠补偿的问题。     

一种改进的梯形双频相移相位展开方法

通过研究提出了一种改进的梯形相移相位展开方法,将原来方法折角线替换成正弦函数曲线,使得过渡区域更加平滑。所提出的方法的测量深度范围在相域内为6π,相较原来的方法提高了3倍。改进之后相移梯形的相移为2π,整个周期为6π。每个相移梯形被划分为6个区域,每个相邻区域点的强度值变化规律不一。得到3幅图像后,比较每一点在3幅图像中的强度大小,可唯一确定该点所在区域编号,同时可以求解出强度比r,其范围为[0,π]。结合强度比与所在点的区域值,可将r的相位值转化到一个新的相位域,这个相位域也就是相位包裹值[0, 6π]。改进的梯形相移条纹作为双频条纹中低频部分,高频部分只需两幅正弦条纹,相位展开后可以准确地获取绝对相位。仿真和真实实验也表明了该方法在三维成像中的性能。     

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。     

齿轮重复加工中的相位误差补偿技术研究

针对齿轮重复加工中由于误差引起齿轮轮廓精度难以保证的问题,对影响齿轮重复加工的跟踪误差、耦合误差等因素进行了研究。结合齿轮重复加工的应用需求,对耦合误差的构成和耦合误差对轮廓精度的决定性影响,及相关误差补偿方法进行了分析,提出了通过实时相位误差反馈来对耦合误差进行实时补偿的齿轮加工控制系统模型;开发了一种新的相位误差动态闭环补偿技术;利用齿轮加工系统试验平台,对相位误差动态补偿技术的有效性进行了测试;通过MATLAB数据仿真和实际工件切削,对采用相位误差补偿技术前后的相位误差变化进行了比较与分析。研究结果表明:该相位误差动态闭环补偿技术能有效地减少耦合联动轴的相位误差,相位误差下降达99%,明显提高了齿轮重复加工的精度;同时,该技术满足实时性要求,适合实际工程的应用。     

一种针对投影仪gamma效应的相位误差补偿方法

结构光的相移轮廓法具有非接触和效率高的测量优点,但是,由于投影仪的gamma效应影响,工业相机捕获的条纹像素值发生了畸变,导致计算出的相位值产生误差,降低了测量的准确度。针对这一问题,首先分析了相位误差的数学模型,对模型进行了进一步的研究;然后,利用得到的模型,设计了条纹图像的投射方案,将原条纹移相π/2,计算出原条纹和移相条纹的相位均值作为最终的相位,达到相差补偿的目的。最后,对条纹投射数量进行了优化。实验结果表明,所提方法无需计算畸变的γ值。相位补偿后,均方根相位误差降低了45.7%。     

一种光学投影测量仿真方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓术仿真系统,该系统通过坐标系平移、转换以及运用相似三角形等方法,使仿真系统不再要求投影仪光轴和照相机光轴相交于一点。克服了投影仪和照相机之间的位置约束,该系统能对更复杂的测量系统进行仿真和算法研究。不同系统参数下的仿真结果表明,该系统可以实现光轴无交点情况下的仿真,得出的阴影区域符合实际情况。     

Achievement of accuracy by error compensation of large CMMs

In this paper we will discuss the limit of the possible compensation for the systematic geometrical errors in large coordinate measurement machines (CMMs). One of the main problems is that the methods of measuring the errors produce errors themselves, which statistically add up to a total uncertainty of the compensation. The standard methods of error compensation cannot improve the measuring uncertainty of the machine beyond this limit, and this limit can only be reached if the reproducibility of the machine (ie the statistical error) is improved.     

A general methodology for machine tool accuracy enhancement by error compensation

A general methodology for increasing the accuracy of machine tools by compensating for the inherent systematic errors is described. This methodology in     

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%。     

铠装K型热电偶动态响应误差补偿研究

提出了一种利用同一可高频调制的高功率C02激光器发出的连续激光和脉冲激光作为激励热源,在同一系统中进行辐射温度计（红外探测器）静态校准和被校表面温度传感器动态校准的新方法,由于高速辐射温度计的频率响应特性优于被校温度传感器,因此以前者的响应作为真值来校准后者并获取系统误差的修正值,避免了因传感器安装环境差异及热物性的变化所产生的误差,解决了表面温度传感器动态校准的溯源难题。利用该方法对K型热电偶进行了动态校准实验,建立了数学模型,获得了该热电偶的频率特性和动态性能指标,对该传感器的动态特性进行补偿。     

星点质心亚像元定位的高精度误差补偿法

在CCD星敏感器设计过程中,星点坐标的提取精度不仅影响星图识别的正确性,也直接影响星敏感器的最终姿态输出精度。本文通过分析传统质心法亚像元提取算法误差模型,证明该模型存在系统误差和随机误差。针对系统误差,提出了用最小二乘拟合法来估计质心位置和系统误差大小的对应关系,利用这个关系对系统误差进行补偿;针对随机误差,提出用边缘阈值法和星图整体相消法来消除。本文还分析了CCD成像数学模型,星光成像的能量分布近似服从二维高斯分布,星点高斯分布弥散半径不同,用于误差补偿的曲线方程也不一样,根据不同的高斯弥散半径,设计了误差补偿模板,用于补偿质心法的系统误差。实验表明,采用误差补偿模板,可以将质心法精度从1/20pixel提高到1/200pix-el,满足了星敏感器高精度星点质心提取的要求。     

不依赖精密转台的 MEMS-IMU 误差标定补偿方法

微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)具有尺寸小、重量轻、成本低、可靠性高等优点,在机器人、虚拟现实以及智能穿戴等诸多领域广泛应用。低成本的微机电惯性测量单元在使用过程中受噪声和零偏误差等影响,需要通过测试和误差补偿手段来提高其实际使用精度。本文提出了一种全面测试和补偿惯性测量单元误差的方法,通过建立MEMS-IMU的误差模型,使用优化方法标定误差模型中的系统误差参数;使用Allan方差分析方法确定随机误差参数;基于上述结果,采用与视觉融合的非线性优化方法在线实时估计并补偿零偏,最终达到提高定位精度的目的。通过实验分析,上述组合方法不需要使用专门测试标定设备,能够有效补偿低成本微机电惯性测量单元的误差,提高定位精度。     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

基于彩色条纹投影术的三维形貌测量

物体表面三维形貌数据的获取在智能制造、航空航天、文物保护、医疗卫生、远程教育等领域有着广泛的应用。三维形貌数据的获取受限于系统硬件的性能,特别是现有数字投影系统的投影速度,无法快速测得物体面形的三维形貌。彩色成像和投影系统的出现,为并行多颜色通道三维成像系统提供了新的研究方向。详细综述了基于彩色条纹投影术的三维形貌数据测量研究的现状。具体包括彩色条纹投影术的基本原理、彩色条纹调制和解调相关技术、三维成像系统的标定、以及未来的研究方向。接着给出几个利用彩色条纹投影术获取物体表面三维形貌和彩色纹理的实例。为彩色条纹投影术测量物体表面三维形貌数据提供了详尽的综述,并指明了未来潜在的研究新方向。