基于远心镜头与曲面屏的镜面三维测量方法

提出了一种基于远心镜头与曲面屏的非连续镜面三维形貌测量新方法，在增加大曲率镜面成像范围的同时，提高了三维数据的测量精度。首先，在显示屏上显示标准正弦条纹图，相机分别记录经由平面参考镜和被测镜面反射的正弦条纹图像。然后，利用四步相移法和最佳三条纹选择法得到对应的相位分布值。接着，与平面参考镜比较，得到经由被测镜面物体表面调制后的相位变化。根据所建立的数学模型，推导相位与深度间对应关系，并对其系统参数进行标定。最后，对大曲率镜面和非连续镜面标准台阶进行了测量，验证了该方法的精度和有效性。     

基于结构光的镜面/漫反射复合表面形貌测量

光学三维测量技术以其非接触、无损及快速测量的优势被广泛应用于不同领域。已有的条纹投影和条纹反射测量术分别适用于漫反射表面和镜面表面。然而,航空航天和先进制造中存在许多漫反射和镜面反射表面同时存在的复合反射表面。提出一种基于结构光投影和反射的方法来实现复合表面形貌的快速测量。首先,投影仪投射蓝色正弦条纹图于被测物体表面,同时显示屏显示的红色条纹被镜面部分反射。其次,彩色相机采集经被测表面调制的变形条纹图。然后,从相机不同颜色通道中提取对应不同类型反射表面的变形条纹,并计算变形条纹图的绝对相位。最后,通过系统标定建立相位信息与深度之间的直接关系,得到被测复合表面的三维形貌。实验结果表明:该方法不仅能够有效地实现非连续复合表面物体的测量,还能够同时测量独立的漫反射和镜面反射表面的三维形貌。     

基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。     

基于双频横向剪切干涉系统的三维形貌测量

近年来,结构光投影三维成像技术被广泛地应用至各个领域。该技术通常采用投影仪投影条纹,导致投影条纹的空间周期和精度有限,且在测量微小视场时会存在条纹强度不均匀、条纹焦面景深不够等问题。为解决该类问题,基于剪切干涉条纹的高空间分辨率优势,提出了一种利用横向剪切干涉条纹测量物体三维形貌的系统和方法。该系统利用激光波前以不同角度入射平行平板会产生不同频率干涉条纹这一性质,旋转平行平板改变剪切干涉条纹频率,利用低频条纹指导展开高频条纹相位。同时利用干涉条纹的入射角度与形变量内在联系,通过几何关系获得相位与高度的映射关系,以达到重建物体三维形貌信息的目的。实验验证了该系统及方法的可行性,证明了其对测量微小物体或视场有着明显的应用价值。     

基于条纹投影和双屏透射显示的复合表面三维测量方法

光学三维形貌测量技术具有无损、快速、高精度等优势，被广泛应用于不同领域。工业生产及现实生活中的镜面/漫反射复合表面三维形貌的快速、高精度测量一直是未解决的难题。提出一种基于条纹投影和双屏透射显示的镜面/漫反射复合表面测量方法，并对系统的非线性响应进行了补偿。首先，普通屏和透明屏分别显示绿色条纹，被镜面部分反射，投影仪投射蓝色正弦条纹图到漫反射部分；其次，相机采集不同颜色的变形条纹图；然后，三维标定获取系统参数，通过相位与深度的关系恢复物体的三维形貌；最后，校正系统的非线性响应误差并进行补偿，提高三维测量精度。实验结果表明：该方法能够实现非连续复合表面物体三维形貌的高精度测量。     

基于虚拟参考面方法的高反射曲面三维形貌测量

针对常规光栅条纹反射三维形貌测量方法中对实际参考面的需求,提出了基于虚拟参考面方法。在系统标定阶段,通过向标定用平面镜投射一幅特殊标记的棋盘格图像,将其在平面镜另一侧成的虚拟像所在的平面定义为虚拟参考面。根据虚拟参考面上各点与编码光栅条纹相位间的对应关系,经计算可直接得到测量所需的两垂直方向的参考相位分布,从而无需在工件测量前首先对实际参考面进行相位提取操作。与常规光栅条纹反射三维形貌测量方法相比,由于避免了对参考平面测量的需求,本文方法获得的参考相位分布,在保证测量精度的同时提高了测量速度,降低了测量的复杂性,有利于系统的集成化。搭建了光栅条纹反射三维形貌测量系统,采用基于虚拟参考面的光栅条纹反射方法对超精密加工平面镜和组合台阶的表面形貌进行测量,建立相位偏移与被测工件表面梯度的对应关系,由梯度恢复工件表面高度,测量精度达到50μm左右。     

利用变形和形貌的关系测量三维形貌的方法

提出了根据变形测量和形貌测量的关系测量物体三维形貌的方法。利用电子散斑干涉(ESPI)测量物体面形时,物体偏转微小角度会引入附加的物面高度差,从而引入载波条纹。分析了物面偏转角度和附加高度差之间的关系,得出了物面相位和物面高度之间的映射关系。物面的相位由傅里叶变换法求得。对球冠面形进行了测量,实验表明,在物面上产生干涉载波条纹,进而测量物面面形,具有灵敏度高的优点。     

基于高动态范围图像技术的高光误差补偿方法

利用基于条纹投影技术进行三维测量时,其相位提取精度直接决定着测量精度,而在实际测量中,由于待测物体存在一定反射率,因此相机拍摄到的结构光条纹在一些区域常会曝光过度,导致条纹相位产生高光误差,影响测量结果.本文分析了条纹投影技术中镜面反射光对相位提取精度的影响,提出了一种基于高动态范围图像(High Dynamic Range Image,HDRI)技术的高光误差补偿方法,可在不增加系统复杂度的前提下补偿高光误差,并针对金属工件表面三维形貌进行了测量实验验证,结果表明,在未消除高光误差时,测量高度整体向上平移15 mm,且在高光区域存在额外0～20 mm不等的测量误差,在使用HDRI技术后有效补偿了高光区域的相位误差,提高了金属工件三维测量的准确度.     

基于相位信息的三维视觉测量技术研究

随着三维视觉技术广泛应用于类镜面测量,对其精度的要求也日益严苛.基于相位信息的三维视觉测量技术,向被测物表面投影条纹光,然后获取经被测物表面调制后的图像,解调出待测物的相位信息,进而重建物体三维信息.通过论述相位测量轮廓术(PMP)和相位测量偏折术(PMD)的原理和检测流程,分析出该检测系统的误差来源.重点论述了4种P...     

一种改进的两步时域相位去包裹算法

针对时域相位去包裹方法在三维形貌测量时存在采 集图像幅数多、数据量大和处理时间长等问题,提出了一种改进的两步时域相位去包裹算 法。首 先,增加中间灵敏度投影条纹,将不同灵敏度光栅条纹投射到待测物体表面,由CCD相机采 集;再通过不同灵敏度级联,得到最 终灵敏度系数G值较大的去包裹相位数据。推导了两步时域相位去包裹算法 的初始相位条件。并进行了实际测量。结果表明,本文方法可实现高灵敏度三维形貌测量, 测量结果精度更高。