三灰度编码相位展开方法条纹投影轮廓术

为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法.投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面,包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像,由相机采集经物体表面调制的变形条纹图.通过相机采集到的三幅变形正弦相移条纹图像计算包裹相位.通过相机采集的三...     

基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建

提出了一种新的区域调制相移二值化三维结构光重建方法。首先,引入散焦三角二值模式,在不进行伽玛校正的情况下获得高质量的正弦条纹。然后,采用改进的包含平均强度图像的三步移相算法得到包裹相位和目标掩模。在此基础上,采用多频法得到了展开相位。最后,采用两步匹配方法得到相应的匹配点。实验表明,该方法比以前的方法更精确、有效。     

基于双频彩色光栅投影测量不连续物体三维形貌

为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量,提高测量速度, 提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的红色和蓝色通道合成为彩色条纹,由数字视频投影仪将四步相移彩色条纹投影到被测物体,然后利用彩色CCD或CMOS相机采集4幅彩色条纹图并存储于计算机中。基于色彩分离技术得到8幅两种不同频率的四步相移条纹图并由图像灰度算法获得1幅反映背景的灰度图像;由低频条纹确定台阶状的物体边缘,高频条纹计算物体的形貌,并通过背景图像的二值化定位阴影和不连续区域。提出的方法仅用4幅彩色图像完成了台阶状不连续或孤立物体三维形貌的准确测量。与现有的多频4步相移条纹投影形貌测量技术需要8~12幅图像相比,该方法有效地减少了条纹投影与图像采集的数量。     

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。     

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% 。     

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。     

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%。     

基于三维傅里叶变换的胸腹表面测量

鉴于人体胸腹表面三维运动测量在精确放疗等医学领域中的重要应用背景,提出一种三维傅里叶条纹分析与三频时间相位展开相结合的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法。投射一幅不同频率三原色余弦条纹组成的图案,每采集一幅图像就能实现相应时刻胸腹表面的三维形状测量;将动态条纹图像序列作为一个三维序列整体,通过三维傅里叶变换并结合三维高斯滤波器提取折叠相位。无干扰时其均方根误差不超过0.005rad,峰谷值误差不超过0.015rad,其抗干扰能力高于二维傅里叶条纹分析和其他胸腹表面三维傅里叶条纹分析方法;通过三频时间相位展开方法进行折叠相位展开,在限定条件下绝对相位的误差不超过折叠相位的误差。理论分析和实验结果表明,本文方法能实现人体胸腹表面的三维动态测量。     

莫尔相移测偏技术中的计算机图像处理

介绍了利用莫尔相移测偏法进行非球表面三维形貌测量的检测技术，提出了一种含有2π断层的相位图的滤波及其快速相位展开的新方法，并给出计算机图像处理方法和实验结果。     

小波变换轮廓术中快速相位展开方法研究

针对小波变换轮廓术中相位展开的精确性和快速性问题,提出了一种新的适用于小波变换轮廓术的相位展开方法.在使用小波变换得到条纹图像的相对相位分布的基础上,详细分析了利用小波变换脊处的尺度因子建立质量图指导相位展开的理论依据和实现方法,这种质量图建立方法有效反映了条纹图像各点的可靠性.在相位展开方面,针对全局洪水相位展开算法计算时间较长的问题,提出了根据质量图将相对相位分布图分层,然后逐层采用不同算法展开的方法.与全场洪水相位展开算法相比,该方法在保持较高测量精度的同时极大减少了相位展开所需的运算时间.计算机仿真和实物测量实验说明使用该方法可以得到准确的绝对相位值,处理速度较快.     

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。     

彩色梯度相移与格雷码相结合的三维测量方法

为了实现高分辨率快速非接触式三维测量,将彩色梯度相移法与格雷码相结合,提出了三维测量算法。将一幅彩色梯形三步相移图案和两幅彩色格雷码图案相结合,对测量空间进行编解码;通过两幅彩色格雷码图案将测量空间可靠地分成64个子空间,通过一幅重复彩色梯形三步相移图案将每个子空间分成6个区域,每个区域再通过强度比细分到像素级。给出了编码图案和解码公式,组建了彩色结构光三维测量系统,并分别采用彩色梯形相移法和本文提出的方法对深度为700～950nm的平面进行了仿真和实际测量。理论分析、仿真与实际测量结果表明,得到的测量平均误差0.9mm,测量标准差1.2mm。最后,采用本文方法对石膏和人体进行了测量实验,结果显示该方法具有抗干扰能力强、运算速度快的优点。     

双频投影条纹相位展开方法的改进

为解决双频外差法展开条纹相位中出现跳跃性变化的问题,提出了一种改进方法.首先,根据外差原理计算出条纹级数的小数部分,再由该条纹级数对应频率的光栅条纹的相位主值计算出当前小数部分的实际值.然后,根据相位主值自身误差设置判定阈值,并用该阈值对上述计算值与实际值的差值进行判断.最后,根据判断结果对中间参量的周期次数进行加或减...     

基于数字光处理的结构光三维扫描系统的设计

结合结构光投影三维扫描的原理,设计了数字微镜器件(DMD)作为结构光的发生装置,主控芯片为FPGA,实现了高速的DMD的控制和相机的同步采集。搭建了一个嵌入式三维扫描光学平台,并应用四步相移法完成实验。首先指定不同方向和周期的正弦条纹结构光,同步采集图像;然后通过软件设计完成对采集图像的预处理、相位的解调、相位的展开、相位-高度映射还原得到三维的深度信息并建模;最终获得最高464.8帧/s不同方向和周期的正弦条纹结构光显示,达到194帧/s的相机触发采集,三维扫描效果图清晰,还原和重建效果理想。     

基于空洞空间卷积网络的点衍射干涉图像相位解包技术

为满足点衍射干涉测量对解包算法高精度、高效以及抗干扰的检测需求。提出一种基于空洞空间卷积的相移点衍射干涉图像的相位解包方法,通过将自编码器结构和空洞空间卷积结合获得更高的相位解包精度,实现对包裹相位图像可控的多尺度特征提取。根据点衍射图像特点制作的大量多样化数据集对其进行训练和优化,从而实现准确识别包裹相位所在阶次,最终可以快速处理包裹图像得到高精度的解包结果。利用所提方法对实际点衍射干涉图像进行处理,并与ESDI专业干涉图像处理软件以及其他解包算法处理结果进行比对,结果表明：本文解包结果与软件枝切法解包处理结果均方根误差值为0.022 2 rad,面形拟合结果与软件面形拟合结果峰谷差值仅为0.012 1λ、均方根差值仅为0.004 2λ;时间效率上,完成一幅图像的处理平均仅需0.035 s,而传统方法均大于1 s。与其他方法相比,所提方法在处理包裹相位方面具有快速、高精度的特性,为点衍射干涉图像处理的高精度相位解包提供了新的可行方案。     

应用复Morlet小波变换分析条纹图相位

针对在使用干涉、Moiré偏折等方法进行流场高速动态测量时条纹图中大量无效数据对计算结果的影响,提出了一种基于连续小波变换的条纹图相位分析方法.利用小波变换的瞬时条纹频率分析能力,选用复Morlet小波及合适的小波参数,使得条纹图的小波变换模极大值与其调制度系数成正比,将其作为加权最小二乘法相位展开算法的权值,保证了相位有效展开.使用曲线拟合进行小波变换脊定位,缩短了定位时间并消除了噪声干扰.仿真实验显示,使用该方法得到的分析结果与实际相位值的相对误差小于0.01％;内波流场测量实验显示,使用该方法进行条纹图分析,密度梯度测量精度达到了5×10-6g/cm4.结果表明,用该方法进行条纹图相位分析可以有效消除无效数据对结果的不利影响,相位展开有效可靠,分析结果精度高.     

DCM相位梯度提取技术在等达因图像处理中的应用

将一种直接从数字编码博氏变换或相移条纹图中逐相素提取相位梯度的方法应用于光力学等达因图像信息识别中.该方法是一个根植于广泛应用于光线传感器中的微分正交乘法器(DCM)的正、余弦相位检波技术,这一技术算法简单,不需计算反正切,不受相位去包裹方法标准的限制.在此以载波等达因条纹图应力场计算为例对该技术在等达因图像信息识别中的应用进行了论证.     

格雷码与相移结合的结构光三维测量技术

提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在（π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中的位置线性映射到投射角空间,对其进行连续划分,从而确定采样点的投射角,最后依据三角法原理实现三维测量。本文具体介绍了编码、解码原理,分析了解码过程中格雷码和相移周期错位问题,并通过判断相邻像素点的格雷码值增加和相位突变是否一致进行了调整,给出了3dsMAX和MATLAB环境下的仿真重构实验结果。     

用于强反射表面形貌测量的投影栅相位法

为了实现强反射表面三维形貌的光学非接触测量,提出一种改进的投影栅相位法。分析了强反射表面的反射光特点及其对相位解算的影响,指出了反射光亮度范围与相机动态范围的不一致是导致传统投影栅相位法测量失效的主要原因;提出了亮暗条纹投射、多曝光时间采集图像和图像合成等技术,使相机亮度测量范围与强反射表面的反射光亮度范围相一致,并分析了此方法的可行性和适应范围。最后,给出了改进投影栅相位法的条纹投射与图像采集步骤。实验结果表明,改进的投影栅相位法克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗问题,能够成功测量出99.6%以上的三维点云,有效解决了测量点云缺失问题,能够实现强反射表面三维形貌光学非接触测量。     

任意相移最小二乘法迭代的在线三维检测

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术(PMP)在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度,同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度,提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中,任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面,采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图,其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后,采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明:在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下,该系统的测量结果稳定,均方根误差均不高于0.169 9mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件,提高了测量的灵活程度,使在线PMP更具普适性。