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。     

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。     

一种虚条纹相移算法在结构光三维测量中的应用

相移法测量三维轮廓具有原理简单、计算速度快等优点。然而此法至少需要采集3幅以上干涉图像,且在实际操作中由于很难产生绝对的相移量而给测量带来误差。应用虚条纹相移算法只需要采集一幅图像便可恢复出物体的三维轮廓,其基本手段是先获得原始图像的基频值f0,根据此频率通过计算机生成具有π/2相位差的两虚条纹图像cos(2πf0x)和sin(2πf0x)。然后分别与原始图像进行混叠,将混叠后得到的图像进行低通滤波,再结合相移算法恢复出原始物体的三维轮廓。此法既保持了相移法本身的优点又解决了其需要采集多幅图像以及无法实现绝对相移的问题。另外低通滤波本身的去噪特性给在非陡变物体测量中高频噪声的去除带来方便。     

基于数字投影的三维形貌测量系统的实现

随着科学技术和工业生产的发展,三维形貌测量技术在机器视觉、工业监控、机械工程和医学检测等领域的应用日益广泛。在三维形貌测量系统中引入数字投影设备,并且由计算机进行控制,以达到自动化测量的目的,在很大程度上推动了三维测量技术的发展。文中从理论和实践两方面深入研究了基于数字投影的三维形貌测量技术,对其测量原理进行了分析,并且对傅里叶变换形貌测量法（FTP）和相移形貌测量法（PSP）进行了研究,搭建了实际的实验系统,并且通过实验比较了这两种测量方法的优劣。     

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。     

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。     

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。     

一种基于相移技术的三维轮廓检测方法

光学三维轮廓检测技术在工业生产控制与检测、医学诊断和机器人视觉等领域正占有越来越重要的地位.提出了一种将莫尔投影法与单片机控制的相移技术相结合的物体表面三维轮廓测量方法,有效地实现了物体表面三维轮廓的高速、自动高精度测量.     

基于彩色编码条纹投影的孤立物体三维测量

针对空间分布呈区域状、不连续的孤立物体采用条纹投影与相位分析方法进行三维面形测量时,很难得到可靠的相位展开这一问题,提出了通过先后投影两幅π相移的彩色编码正弦条纹到孤立物体表面,方便快捷地还原对应区域颜色信息,同时利用截断相位分布的阶跃边界获得更准确的分色结果,用以指导相位展开。实验验证了方法的有效性。     

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。     

颜色编码正弦条纹实现孤立动态物体3维测量

采用常规条纹投影与相位分析方法,对动态物体,尤其是空间存在孤立区域、分布不连续的动态物体进行3维面形测量时,很难得到可靠的展开相位。为了解决这一问题,提出一种用颜色编码正弦条纹光栅投影测量的新方法。该方法使用二级编码的颜色信息来标记待投影的正弦条纹,从另一角度拍摄记录带有颜色信息的变形条纹图,根据编码特征进行解码获取颜色级次来确定条纹级次,并指导截断相位的展开,重建空间孤立动态物体的3维面形数据。结果表明,该算法的编码稳定、解码方式可靠,只需要拍摄1幅图就可以较好地重建空间孤立物体的3维面形。     

窗口傅里叶变换的三维面形测量

由于窗口傅里叶变换具布局部分析特性,且局部谱比全局的谱更简单、更不容易频谱混叠。本文提出在基于频谱分析的三维面形测量中,用窗口傅里叶变换（WFT）代替传统的快速傅里叶变换（FFT）去获取三维物体面形分布。理论分析和实验结果表明：窗口傅里叶变换不但可以减小频谱混叠对测量精度的影响,并且若在窗口傅里叶变换的处理过程中,设置合理的“门限”,还能够有效的抑制噪声。从而在一定程度上保证了基于频谱分析的三维面形测量的精度。     

基于FTP的动态相位展开方法的研究

在采用结构照明的光学三维传感方法中 ,相位展开是被测物体三维面形正确重建的关键步骤之一 ,也是一个难点。本文就动态傅里叶变换轮廓术中相位展开问题进行研究 ,对比分析了直接相位展开算法、基于相邻帧间相位差之间的相位展开算法和基于调制度排序的相位展开算法。解决了基于傅立叶变换轮廓术的动态三维测量中相位展开问题 ,特别是孤立区域的相位展开。为动态傅立叶变换轮廓术的在冲击和爆轰过程中应用 ,提供了理论基础。文中给出了详细的理论分析和计算机模拟     

基于二维经验模态分解的三维面形测量

采用结构光投影的三维面形测量,为了得到包含待 测物体高度信息的基频成分,变形条纹图中通常含有随机噪声和背景信息需要去除。提出一 种基于二维经验模态分解(2D-EMD)的三维面形测量方法。2D-EMD用于去除低频背景分量 并抑制噪声影响,再结合二维希尔伯特变换提取三维面形的相位信息,最后根据相位与高度 的映射关系得到被测物体的三维形貌。2D-EMD采用完全的二维分析方法,考虑了条纹图行 与行之间的相关性,能有效提取任意方向条 纹图中的调制相位。由于不需要像聚合EMD(EEMD)反复添加噪声再分解的去噪过程,缩短了 数据的处理时间。计算机仿真结果表明,与傅里叶变换轮廓术(FTP)相比,较大陡跳误差从 －40mm降到了－1～1mm。实验结果也证明了 本文方法的有效性。