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.     

三维面形测量中小波变换和傅里叶变换的对比研究

傅里叶变换轮廓术（Fourier transform profilometry,简称FTP）进行三维面形测量时,若无频谱混叠,可以得到很好的测量效果。但由于FTP是全局变换,频域内丢失了空间信息。当被测物体形状复杂或被噪声严重污染时,频域中频谱分布展宽,可能发生频谱混叠,导致基频分量提取不完整,从而不能正确地恢复出被测物体。本文利用小波具有的局部分析能力和噪声抑制能力,采用小波变换的方法（Continuous Wavelet Transform,简称CWT）从混叠条纹和噪声条纹中提取出完整的基频分量。我们采用Morlet复小波函数对变形光栅条纹进行处理,详细研究了CWT和FTP两种方法在不同情况下的优缺点,并通过计算机模拟和实验证实理论分析的正确性。     

基于傅里叶变换的调制度测量轮廓术

提出基于傅里叶变换的调制度测量轮廓术这一新的光学三维测量方法。这个方法不用测量位相,而是测量正弦条纹的调制度。运用此方法时投影方向和探测方向一致,可避免在FTP和PMP中存在的阴影、遮挡等问题。     

基于傅里叶变换的干涉条纹对比度增强算法

论述了一种干涉条纹对比度增强的算法.将二维离散傅里叶变换后得到的干涉条纹图像频谱分布,应用带通滤波器滤波.滤波过程中,在保持通带内相位谱不变的条件下,增大了通带内幅频谱的值.然后对滤波后的频谱分布进行逆二维离散傅里叶变换,可得到对比度增强后的干涉条纹图像.实验表明,该方法在保持干涉条纹中心线空间位置不变的情况下,可以有效地增强干涉条纹的对比度.     

基于傅里叶变换去隔行图像的动态3维面形测量

为了解决动态面形测量中隔行扫描CCD相机记录动态物体表面变形条纹图像存在缺陷的问题,提出了傅里叶变换去隔行算法,即把隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,分别对每一单场图像进行傅里叶变换去隔行处理,再利用条纹分析法重建对应时刻的3维面形。理论分析得出单场傅里叶变换去隔行图像与对应的准确满帧图像相同的结论。结果表明,该方法可以很好地恢复条纹和重建物体,且简单实用,可用于基于空间相位检测、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等条纹分析方法的动态物体3维测量中。     

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。     

π相移技术在钢轨三维面型复原中应用效果分析

在傅里叶变换轮廓术(FTP)中,频谱中的基频分量包含物体的高度信息,基频分量的提取效果对物体三维形貌复原的精度有重要影响。通过π相移技术可以消除背景分量,即零频部分,从而能更好地提取出基频分量,减小测量误差。文中通过计算机仿真对含有噪声的光栅条纹图像进行三维恢复,证实了π相移技术对提高FTP测量精度的作用。并将该方法应用于钢轨表面轮廓的三维复原和测量,为钢轨磨耗和表面缺陷的测量提供有效方法。     

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.     

CCD抽样过程对傅里叶变换轮廓术测量的影响

针对傅里叶变换轮廓术（FTP）测量中的离散过程理论分析存在的不足,讨论了以前被忽略的CCD的取样过程以及CCD像元尺寸对FTP测量的影响,建立了完整的CCD抽样的数学模型,分析了CCD像元的光敏单元尺寸大小对FTP测量的影响,讨论了CCD取样所引起的信号失真和频谱混叠问题,给出了相关的表达式和判断准则,使得基于离散傅里叶变换的FTP分析方法更贴近实际测量。     

3-D Measurement of Solder Paste Using Two-Step Phase Shift Profilometry

A two-step phase shift profilometry method (2-step PSP) with prefiltering and postfiltering stages is proposed to reconstruct the 3-D profile of solder paste. Two sinusoidal patterns which are pi-out-of-phase are used in the 3-D reconstruction. The new method uses only two fringe patterns rather than four as the four-step phase shift profilometry (4-step PSP). In Fourier transform profilometry (FTP), a bandpass filter is required to extract the fundamental spectrum from the background and higher order harmonics due to camera noise and imperfectness of the pattern projector. By using two pi-out-of-phase sinusoidal fringe patterns, the background term can be eliminated directly by taking the average of the two fringe patterns. The fringe pattern which is close to its ideal form can also be recovered from the averaging process. Prefiltering is utilized in filtering raw images to remove noise causing higher order harmonics. Hilbert transform is then used to obtain the in-quadrature component of the processed fringe pattern. Postfiltering is applied for reconstructing an appropriate 3-D profile.     

2维载频条纹傅里叶变换轮廓术

为了在3维形貌测量中解决非连续物体所存在的非连续相位解包问题并提高测量精度,提出采用2维网格光栅作为空间载频条纹的傅里叶变换轮廓术。首先应用2维傅里叶变换对2维光栅条纹图像进行频谱分析;然后设计带通滤波器分离出两个1维变形光栅条纹,在1幅变形网格光栅条纹得到两个1维光栅各自所对应的包裹相位分布;最后应用查表法进行解包得到确定的调制相位分布,给出了详细的理论推导和实验结果。结果表明,采用2维网格光栅+查表相位解包法很好地解决了1维单一频率光栅条纹的低测量精度、1维双频光栅的频率混叠以及3维测量中高度不连续所存在相位解包问题,该方法是可行的。     

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。     

抽样对FTP测量精度的影响

针对变形结构光场的离散性态，分析了抽样对Ｆｏｕｒｉｅｒ变换轮廓术测量精度的影响，提出了实际测量中抽样数选择的判定依据，弥补了基于变形结构光场连续分布的ＦＴＰ理论的缺陷，计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行。     

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     

傅里叶变换轮廓术新理论研究

采用传统的傅里叶变换轮廓术(FTP),必须保证投影装置出射光瞳和成像装置入射光瞳的连线与参考面平行,并且它们的光轴应在同一平面上,才能得到较为准确的测量结果。改进了傅里叶变换轮廓术测量装置,从理论上证明了双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时的测量原理,推导出了新的、适用范围更广泛的相位-高度映射算法,使实验系统的搭建变得比较容易,投影装置和成像装置的摆放位置可以随意移动以方便获取全场条纹。所提出的方法为在难以实现双瞳与参考面平行或难以使双轴共面的特殊环境下提供了获得可靠测量结果的途径,并且传统的傅里叶变换轮廓术测量系统是所提出系统结构的一个特例。计算机模拟及实验均证实了该方法的有效性。