基于单色条纹投影的高动态范围物体表面形貌三维测量

条纹投影轮廓术以其高速、高精度的优点在机械零件自动在线检测、汽车制造、文化遗产保护等领域得到了广泛的应用。然而,传统的条纹投影采用单一曝光时间或单一投影强度来测量高动态范围的物体,在反射率较大的区域会发生过度曝光,超过相机传感器的最大亮度范围,导致无法获得真实的强度和准确的三维数据。为解决此问题,利用彩色相机对单色条纹投影的不同颜色通道响应,提出了一种基于单色条纹投影的高动态范围物体表面三维测量方法。该方法投影蓝色条纹图到被测物体表面,彩色相机从另一个视角采集彩色条纹图像。从采集的彩色条纹图像中分离蓝绿通道对应的两个条纹图像。从蓝绿通道条纹图像中选择不饱和且调制度最大的一组像素生成蓝绿通道的掩膜图像,利用蓝绿通道的掩膜图像和蓝绿通道条纹图像合成高动态图像。然后应用相位解算方法和系统标定,实现高动态范围物体表面形貌的三维测量。实验验证了该方法的有效性。所提方法一方面减少了投影图像的数量,避免了复杂的计算问题,提高了测量效率;另一方面,不需要额外的硬件设施。     

深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量

数字光栅投影三维测量技术,通过离焦投影二值光栅条纹,生成三维测量所需正弦光栅条纹,能够实现超高投影速度,在快速三维测量领域具有极大潜力。但是,二值光栅条纹不可避免地包含高次谐波,导致计算所得相位包含相位误差,进而降低了快速三维测量精度。提出了一种基于深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量方法,通过构建含噪声相位到精确相位的端到端深度卷积神经网络,降低高次谐波引入的相位误差,进而实现快速精确三维测量。首先,以理论分析证明所提方法的可行性,并以仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性和精确性。与现有快速三维测量方法相比,所提方法在保证测量速度的同时保证测量精度。     

基于条纹投影的高速三维形貌测量技术发展综述

在虚拟现实和增强现实、智能制造检测、材料性能测试等需要对动态场景进行三维建模、对动态过程进行深入分析的领域中,高速三维面形测量技术具有重要的科学研究意义和广泛的应用价值。随着高速动态场景测量需求的日趋增长和测量硬件设备的迅速发展,相应领域的研究热点逐渐从简单静态场景的三维测量转移到复杂动态场景的测量中。以测量任务需求为主线,综述基于条纹投影的高速三维测量技术在硬件和算法上的研究进展,随后分类比较已有技术各自的优缺点,给出不同测量任务下的方法选择建议,最后总结基于条纹投影的高速三维形貌测量技术所面临的挑战和潜在发展动向。     

基于条纹投影的三维形貌与形变测量技术研究进展

基于条纹投影的三维形貌测量技术,已经在提升测量精度、提高测量速度、扩大测量景深、增加测量场景适应性等方面被进行了大量研究。但由于条纹投影技术本身的原理限制,仅利用传统条纹投影方法难于实现准确的对应点匹配。而依赖于对应点追踪的形变测量和应变分析可以进一步分析物体的运动状态、材料特性以及结构力学参数,在运动仿生学、材料力学、结构力学等诸多领域中起着不可或缺的作用。本文回顾了近年来新发展出的一系列基于条纹投影的三维形貌与形变测量技术,论述了学者们如何在条纹投影系统上一步步实现从简单刚体位移的测量到复杂、精细结构的形变测量和应变分析。分析了此类技术在测量完整度、分辨率以及计算效率上相比于已有形变测量技术的优势,给出了此技术所面临的挑战和潜在发展动向。     

用投影全息干涉条纹测量物体三维面形

在以往投影测量三维面形的装置中,其产生激光干涉投影条纹的装置较大,且干涉条纹较容易受外界的影响而漂移和抖动,影响测量结果精度的提高,本文提出用离轴全息干涉条纹替代投影法的激光干涉仪投影条纹,并将其用于实际测量中,实验结果表明：该方法产生干涉条纹的装置简单,且不受外界振动的影响,光能利用率高,易于移相和解调,这使得三维形貌检测精度高、速度快、实用性更强。     

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。     

基于数字条纹投影的三维形貌测量技术研究与实现

根据投影机和照相机的光学成像原理,借用双Ig测量系统的标定方法搭建了一套测量精度高、标定过程自动化的基于数字条纹的三维形貌测量系统,并采用最新的相位展开技术用较少的条纹图像完成相位展开,通过对人脸石膏像进行测量实验,验证了系统模型和测量方法的正确性。     

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。     

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。     

正弦脉冲宽度调制条纹结合相位编码条纹的三维测量方法

提出了正弦脉宽调制和相位编码结合的一种三维形貌测量方法。这种方法离焦投影编码的两种条纹到被测对象上,使用相移算法,由正弦脉冲宽度调制条纹得到截断相位,由相位编码条纹解码得到条纹级次,从而恢复测量对象的三维形貌。实验结果证明了该方法有两个优点:(1)轻度离焦滤除了谐波从而能降低测量误差;(2)基于相位的编码方式能测量表面反射率不一物体。     

条纹投影用于不同景深物体的三维测量

条纹投影轮廓术（Fringe Projection Profilometry, FPP）由于其非接触、测量精度高等特点被广泛应用于缺陷检测、逆向工程、计算机视觉等领域中。然而,传统的FPP单次测量只能获得有限景深范围内的被测物体的三维轮廓,无法完成视场范围内不同景深的多个被测物体的同时精确测量。文中在传统FPP系统的基础上增加两面反射镜和两个三棱镜,搭建了一种镜面辅助的FPP系统。所提出的方法能将摄像机不同景深范围内的被测物体转换到同一景深范围内,从而实现不同景深的多个被测物体的三维轮廓高精度测量。实验通过6层标准石膏阶梯模型验证了景深对三维轮廓测量结果的影响;同时分别采用传统FPP和提出的FPP系统对不同景深范围内两个标准乒乓球同时进行了轮廓测量,传统FPP测得的摄像机聚焦点处和未聚焦的乒乓球的拟合半径相对误差分别为2.9%、34.3%,而镜面辅助的FPP测得的相对误差分别为2.7%、5.3%。结果表明:文中提出的方法能补偿由于景深引起的误差,从而验证了该方法在不同景深物体三维测量中的可行性。     

纹理不均匀物体的主动三维离焦测量

使用主动三维离焦测量对表面纹理分布不均匀的物体进行测量 ,该方法通过将点阵照明模式和空域卷积 去卷积相结合 ,解决了离焦测量的图像交叠问题和匹配问题 ,减小了纹理不均匀导致的离焦测量的影响。使用该方法 ,我们的测量精度 (标准差 )就达到 4.3mm( 1 40mm范围 ) ,相对精度为 3.0 7%。     

基于条纹投影的双目结构光成像系统

研究了一种 基于条纹投影 的双目三维成像方法,实现对表面有大梯度或非连续等复杂形貌物体的测量。计算机软件产 生的正弦条纹 经DLP投影仪投射到被测物体表面,左右两个CCD相机同时拍摄经被测物体表面调制的变形条 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。建立绝对相位与深度 之间的关系, 得到两组不同坐标系下的三维点云数据。提出一种改进的最近点迭代(ICP)算法,在每一次 迭代过程中剔除 不可见点和噪声点,将两组点云数据转换到同一坐标系中。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。视场范围内的最大测量误差为0.072mm。     

高密度全场主动离焦三维测量的精度分析

向物体投射正交正弦光栅或正弦光栅,都能实现我们提出的高密度全场离焦三维测量,实验发现测量精度依赖于投射模式和物体毒面纹理。计算机模拟显示物体深度测量精度与物体纹理的调制度、频率和投射光栅方向有关。对各种纹理,正交正弦光栅投射的测量精度都高于正弦光栅投射的测量精度。在相同实验条件下,正交正弦光栅和正弦光栅投射的弱纹理表面的深度测量均方误差分别为0．18mm和0．25mm,较强纹理表面的均方误差为0．35ram和0．54mm。     

投影光刻物镜离焦工作状态分析

本文从投影光刻物镜的工作状态“离焦工作”出发，分析物镜离焦工作对光刻的影响，提出了相应的对策。     

基于窗口匹配的对称条纹投影测量方法

条纹投影三维测量技术因高精度、高鲁棒性、低成本等优点而被众多学者广泛研究和应用。然而,传统的方法大多需要投影多张条纹才能获取物体的三维形貌。因此提出一种快速条纹投影三维测量方法。设计一个对称相位用于相位解包,可以有效减少投影条纹的数量;将投影仪看作逆相机,把系统构建为一个立体视觉系统,利用立体视觉的极线约束对对称相位设计一种窗口匹配方式,增强相位解包的鲁棒性。相比传统的倍频法、多频外差法等,所提方法的条纹数量可以减少50%,同时保证高的精度和鲁棒性。     

基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用。在众多的结构光投影三维成像方法中,基于格雷码图案投影的三维成像技术因具有良好的鲁棒性和抗噪性被广泛地应用到工业检测、文物数字化及生物医学检测等领域。投影出去的格雷码图案作为一种结构光,可以直接用来调制被测面形高度分布,也可以用来辅助其他结构光的信息获取和计算,最终达到三维成像的目的。文中概述了基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术,回顾了不同种类方法的基本原理以及研究进展,给出了课题组相关方向上的原理及应用研究结果,分析了格雷码二值图案在三维面形测量应用中的优缺点和适用范围,并指出了该领域今后的发展动向。     

光学离焦三维传感技术的现状与进展

介绍了近年来光学离焦三维传感技术的研究现状，重点综述了离焦三维传感的原理、技术特点以及主动离焦和被动离焦的实现方法。分析了这两种方法的优缺点。最后讨论了在现有条件下进一步提高离焦三维传感精度的可能性。     

基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法

针对数字光处理（DLP）投影仪投影速度低从而限制结构光三维测量速度的问题,采用具有兆赫兹量级切换速度的LED阵列作为投影光源,提出一种基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法。具体地,使用高速LED阵列投影二值条纹图案,通过对投影系统的镜头进行轻微离焦从而在被测三维物体表面获得正弦条纹,然后结合相移法和多频外差法对物体三维高度进行解算重建。使用所提实验系统在21000 frame/s的投影速度下对旋转速度为3000 r/min的阶梯物体进行三维测量,系统对动态物体的测量速度达到6000 Hz,测量精度达到0.1 mm,实现了对高速运动物体的三维形貌重建,同时展现出高速LED阵列作为投影光源提升三维测量速度至兆赫兹量级的可行性。     

双孔离焦成像法齿条测量研究

提出一种基于双孔离焦成像的三维测量方法。通过在成像光路中加入掩膜版,使离焦物体通过掩膜版后在CCD上成双像,根据双像的相对位置,获得成像物体的空间三维位置。在分析相机成像模型的基础上,推导了离焦成像三维反演方法模型,分析了结构参数对测量精度的影响。搭建了三维测量仪器,对齿条进行测量实验,实验结果表明,本文方法能实现齿条等三维物体的快速,非接触测量,具有较高的测量精度,误差小于2μm。