基于光栅相位法三维重构技术研究

投影光栅相位法（PMP）是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维轮廓测量技术,可实现物体表面三维轮廓的自动测量。提出了结合投影仪移轴技术的平行光轴系统,利用计算机编程生成具有高对比度和高亮度、有相差的正弦光栅,用数字投影仪LCD将这些条纹依次投射到被测物体表面,由CCD摄像机获取受物体表面面形调制的变形光栅像,根据数字相移算法计算出相位分布再通过相位展开恢复出连续相位分布,由相位．高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。针对该原理进行了阐述,并给出了详尽的算法及实验结果。通过MATLAB实验仿真,对条纹图像进行处理和轮廓重构。模拟实验证明,这种测量方法快速高效、分辨率高,且易于实现。     

用投影散斑法测量三维微位移

采用光学非接触法测量三维微位移,基于三角测量法投影数字散斑照射参考面和待测物体表面,利用数字散斑相关法原理,求解变形位移信息,实验结果表明,数字散斑相关技术在三维变形测量的有效性和可靠性,并且为三维物体形变的测量提供了新的研究思路。     

基于RGB三基色的实时相位测量轮廓术

提出一种基于彩色三步相移算法和DLP Light Crafter 4500的实时相位测量轮廓术。在测量系统中,DLP Light Crafter 4500快速有序地投影MATLAB生成的三帧相移量为2π/3的R、G、B调制正弦相移光栅条纹到被测物体表面,一台与DLP Light Crafter 4500投影光栅条纹信号同步的高速黑白CMOS相机拍摄受被测物体面形调制的变形条纹。由于捕获的变形条纹间存在颜色失衡,需要采用校正算法进行校正。基于传统的三步相移技术,利用校正后的三帧变形条纹图像可以实时重建被测物体的三维形貌。     

用变形光栅条纹自迭加法测曲率

用变形光栅条纹自迭加法测曲率谭吉春（国防科技大学应用物理系）０引言应用莫尔条纹原理测量物体三维尺寸时，实验装置中通常有两块光栅。第１块称作物光栅。用投影光学系统将物光栅图案投射到被测物表面，生成变形光栅图案。此图案含有物体表面高差信息。第２块光栅称作...     

基于调制度的光学三维测量的研究

为了能够测量复杂的面形物体,在基于调制度的光学三维测量研究中,提出利用改变光栅投影系统的物距,实现光栅图像对物体的纵向扫描,从而获取所测物体表面各点调制度的极大值,恢复物体的高度信息。运用此方法便于实现三维测量仪器的小型化,减少误差,可避免在相位测量中需要去包裹的问题。     

基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统

为了提高现代化生产中的效率和满足三维扫描的需求,设计了一种能够准确提取物件表面三维轮廓信息的扫描系统。系统采用结构光三维成像方法,先通过普通白光将光栅投影到被测物体表面,利用工业相机采集变形光栅图,再根据变形光栅图像中的灰度值变化,用傅里叶变换轮廓法解调出三维坐标信息。实验结果表明,使用傅里叶变换轮廓法重构可获得效果理想的三维点云,其为三维轮廓扫描提供了实验方法,同时也为提高点云精度提供参考。     

高精度三维物体轮廓测量系统

西安交通大学精密工程研究所研制成功的高精度三维物体轮廓测量系统 ,不久前通过了由陕西省科技厅组织并主持的科技成果鉴定。高精度三维物体轮廓测量系统是以三角测量原理为基础 ,通过出射点、投影点和成像点三者之间的几何成像关系来确定被测物体轮廓各点的高度信息。具体方法是将一线结构光源 (光刀 )投射到被测物体表面 ,由两个对称分布的 CCD摄像机从不同角度获取光刀图像 ,通过图像处理和数据处理的方法得到整个被测表面各点的三维坐标 ,最终将此数据信息形成标准的 CAD/CMA数据文件 ,为产品的进一步设计、开发及数控加工成快速成…     

一种基于相位法的彩色三维形貌测量方法

基于相位法的三维形貌测量。提出了一种建立被测物体彩色三维形貌的方法。该方法采用主动光源投射一组光强呈余弦变化的光栅。并由一台黑白CCD工业摄像机对被测物体拍摄从而实现三维形貌的重建;然后对被测物体进行三色光投射。同时黑白工业摄像机拍摄被测物体,通过对所得图片进行分析。实现被测物体的色彩恢复。实验结果表明,该方法能够快速准确的获得被测物体的彩色三维形貌,色彩度误差小,可有效解决黑白工业相机无法进行色彩捕捉这一问题。     

正交调制复合光栅投影的三维测量机理及仿真

介绍了采用复合光栅来进行快速测量获取物体三维信息的方法。该方法通过投影由载频光栅携带与其正交的相移光栅而形成的复合光栅来进行三维面形测量。建立了基于复合光栅方法的三维测量理论模型,运用复合光栅完整模拟物体恢复的过程,模拟结果证明了该方法的可行性。该方法具有祛噪功能,由于只需投影一幅复合光栅图像和采集一幅变形光栅图像就实现了物体的重建,因此适用于物体三维面形的快速实时测量。     

近景摄影测量在三维数据采集中的应用

工业产品的三维数据检测常常使用光栅投影扫描设备获得被测物体精确的表面尺寸.由于其照片拼合依据非编码点三点定位原理,因而在测量大尺寸物体表面时,具有较大的累计误差.通过近景摄影测量方法构建三维测量的非编码点群,是提高三维测量精度的一种有效手段.阐述了近景摄影测量的原理及方法,提出了利用多摄站近景摄影测量结合光栅投影扫描的方法实现大尺寸物体精确测量.以汽车外表面测量为例,通过采用单独使用光栅投影扫描设备与近景摄影测量结合光栅投影扫描两种不同的方法,对大尺寸物体表面测量的结果进行对比,其结果表明,使用近景摄影测量方法不仅提高了扫描效率,而且大幅度提高了大尺寸物体的扫描精度.     

Research and development of an accurate 3D shape measurement system based on fringe projection: Model analysis and performance evaluation

In this paper, the research and development of an accurate 3D shape measurement system based on fringe projection is presented. This system utilizes a sliding projection unit to project the desired encoding fringe patterns onto the object and the object shape can be obtained by analyzing the images captured with a camera for each projection. The sliding projection unit uses a high precision grating element fabricated by electron beam lithography to produce the accurate encoding fringe patterns thus to reduce the projection error. And a method based on gray-code and phase-period edge detection is developed to align the grating element with its sliding direction to guarantee the alignment between the projected patterns. The influence of the lens distortion of both the projection unit and the camera is also studied and an improved nonlinear system model is developed based on triangulation. This model gives a more accurate mathematical representation of the shape measurement system and thus improves the system measurement accuracy. The experimental results show that an overall measurement error of 0.04 mm with a variability of ±0.035 mm can be obtained for the developed system.     

余弦变换三维物体轮廓术的改进

利用余弦变换获取三维物体面形的技术已得到了应用。但该技术在测量高度梯度 (垂直光栅方向 )变化率较大的物体时会产生误差 ,高度梯度变化率大到某一值时 ,将不再合适。为此采用余弦光栅能较好地解决这一问题 ,它可将测量范围扩大到原来的 3倍。从理论上证明了将物体高度变化率大的一面朝光栅放置 ,可以进一步拓宽余弦变换法的测量范围 ,以文中的系统为例 ,其扩大倍数可达到原来的 5 7倍 ,远大于 3倍     

轴类零件参数综合检测

以轴直齿类零件为例 ,提出一种快速、能同时测量轴向尺寸和径向尺寸的非接触、多参数综合测量方法。它利用基于光学三角法的激光位移传感器获得轴类零件的径向尺寸 ,利用半导体激光器与光电二极管组成的扫描式发讯传感器和光栅传感器的组合获得轴向尺寸。探讨了该系统的检测性能 ,给出了实测结果     

基于 LSTM 的矩形纳米光栅 AFM 图像复原方法

原子力显微镜(AFM)利用探针与待测物之间的交互作用力进行成像,通过获取矩形纳米光栅计量标准器具的高分辨率成像得到相关的几何量参数并进行标定,实现从标准计量器具到工作计量器具的量值传递。在AFM扫描过程中,由于针尖的影响作用,使得扫描所获图像是探针和样品共同作用的结果,而不是样品形貌的真实描述。针对这一现象,本文提出了一种基于长短期记忆网络(LSTM)的AFM图像复原方法,该方法对通过膨胀法获得的仿真图像各扫描行进行训练,进而获得适用于矩形纳米光栅AFM图像复原模型。实验结果表明,针对线宽20 nm,高40 nm的矩形纳米光栅,经过该方法复原后光栅线宽的相对误差为7.40%,相较于传统的复原方法进一步提高了测量准确度。     

Analysis of 3D shape and strain distributions of a deformable object using stereo vision

This paper proposes a method for analyzing three-dimensional shape and strain distributions of a deformable object using stereo vision. The three-dimensional coordinates of the surface points of an object have been calculated using stereoscopic method. The Fourier transform grid method is applied to high-precision 3D shape and strain distribution of deformable objects by analyzing the phase distribution of grating images. In the conventional automated grid method, because the position of a grid point is expressed by an integer number of pixels, it is difficult to obtain accurate measurement. Using two-dimensional Fourier transform grid method and a two-dimensional cross grating on the surface of the object, we can easily and accrately find the correspondence using phase information and seperate each directional grating line from the two-dimensional grating. Applications for analyzing shape and strain distributions of deformable objects are shown.     

Hard x-ray phase contrast imaging using single absorption grating and hybrid semiconductor pixel detector

A method for x-ray phase contrast imaging is introduced in which only one absorption grating and a microfocus x-ray source in a tabletop setup are used. The method is based on precise subpixel position determination of the x-ray pattern projected by the grating directly from the pattern image. For retrieval of the phase gradient and absorption image (both images obtained from one exposure), it is necessary to measure only one projection of the investigated object. Thus, our method is greatly simplified compared with the phase-stepping method and our method can significantly reduce the time-consuming scanning and possibly the unnecessary dose. Furthermore, the technique works with a fully polychromatic spectrum and gives ample variability in object magnification. Consequently, the approach can open the way to further widespread application of phase contrast imaging, e.g., into clinical practice. The experimental results on a simple testing object as well as on complex biological samples are presented.     

基于光栅投影技术的刀具磨损三维特征提取方法

提出了利用激光光栅投影技术对硬合金刀具磨损图像进行检测的方法。利用采集待测物体栅线图样中未变形区域包含的相位信息,使用最小二乘迭代法将数据拟合,得到了理想参考面相位分布参数。由于不需另外采集实物参考面变形光栅图像,不仅减少了实物参考面的采集步骤,而且不需要对实物参考面相位进行求解。实验表明:该方法利用数控机床换刀间隙进行检测,实现了在线测量。同时,该方法测量磨损区域的最大宽度、最大面积、磨损区域的周长、z方向最大深度参数的标准差和相对精度都小于0.01,具有较好的三维形貌轮廓检测精度。     

机械零件三维形貌的光栅投影测量系统

建立了一种基于虚拟复合光栅的三维形貌测量系统 ,利用两种频率光栅的合成投影 ,实现物体表面突变部分的测量。测量系统适用于机械零件的三维形貌检测 ,并且得到令人满意的测量结果。