一种应用于大视场形貌测量的宽带光干涉仪

干涉测试是一种高精度的表面形貌无损测量方法。通常情况下,单色光干涉测试以激光作为光源,采用缩小成像方案测量表面面形。宽带光干涉测试能够有效避免单色光干涉测试时的2π相位模糊问题,常与显微成像技术相结合,测量阶跃型结构的表面微观形貌。当阶跃型结构样品的横向尺寸较大时,宽带光显微测试需要采用拼接手段,降低了测量效率。本文提出了一种缩小成像的宽带光干涉仪,该仪器可用于大尺寸阶跃型表面的形貌测量,其工作波段为480～750 nm,采用1 inch探测器形成了47.60 mm×35.76 mm的测量视场。系统组成包括照明准直镜、干涉腔和成像镜。照明准直镜采用科勒照明方案,可以提供数值孔径NA=0.015、视场直径Φ=59.6 mm的均匀照明物方视场;干涉腔集合了Mirau型等光程干涉与Fizeau型无中心遮拦的优势,由倾斜1.5°的分光平板和倾斜3°的参考平板组成;成像镜与准直镜形成双远心成像光路,成像放大率为0.25×,在宽谱段范围内的畸变校正达到0.24%。采用构建完成的宽带光干涉仪测试了USAF1951分辨率板,系统分辨率可达14 lp/mm;测试了校准高度分别为7.805μm和46.55...     

线结构光三维测量系统扫描方向的标定

提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定,得到摄像头的内部参数,将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置,测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数,并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下的坐标值,对这些点进行直线拟合得到一直线方程,直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明,该方法测量精度高,操作简单,无需辅助的调整设备,降低了标定设备的成本和系统校准的难度,适合现场标定。     

基于消隐点的线结构光测量系统标定方法

针对现有线结构光测量系统标定模型复杂、需要特制靶标等局限性,提出了一种新的线结构光测量系统标定方法.利用精密导轨运载平面靶标沿着空间一个方向至少运动两次,创建一组在激光平面上的平行特征线.根据消隐点的原理,建立新的数学模型,可以标定成像像素与运动方向上一维信息的直接对应关系.改变导轨运动方向,另外两个空间正交方向上的像素-维度对应关系同样可以得到.与传统标定方法相比,所提标定方法无需标定系统多组空间关系,简化了传统标定过程,减少了误差的积累.另外,靶标可为普通平面,避免了特制靶标的制造困难.实验结果表明,所提方法测量结果均方根误差(RMSE)为0.0359 mm,平均绝对误差(MAE)为0.0306 mm,可以有效用于线结构光三维(3D)测量.     

多传感器线结构光视觉测量系统全局校准

针对现有多传感器线结构光视觉测量系统全局校准过程中通常需要三维测量设备、校准过程复杂等问题,提出了一种基于一维靶标的多传感器线结构光视觉测量系统全局校准方法。此方法以一维靶标为中介,首先由每个线结构光视觉传感器得到光条与一维靶标相交点在各自测量坐标系下的三维坐标,然后由交比不变性得到相交点在一维靶标坐标系下的坐标,进而...     

多个线结构光传感器三维测量系统的校准

提出了一种3个激光线结构光传感器测量系统的校准方法。该方法避免了对测量系统结构参数的繁琐标定,只需对特殊设计的模块进行一次测量就能得到系统的校准参数,从而快速有效地实现CCD像面坐标向世界空间坐标的转换。实验证明,在100mm测量范围内能获得0.05mm的空间定位精度,并能有效地抑止光源散斑噪声对激光三角法测量精度的影响。这一方法已经在多传感三维测量系统得到很好的应用。     

线结构光双传感器测量系统的标定方法

针对现有线结构光双传感器测量系统标定过程中对设备要求高、标定过程复杂等难题,提出了一种简便的基于平面标定参照物的现场标定方法。该方法不需要设计复杂的校准模型和高精度的辅助调整设备,只需要将一个绘制有棋盘格图案的平面参照物在两个传感器公共的测量范围内任意摆放几个位置,即可完成双传感器标定,并建立两个传感器之间的相互关系,进一步将多个局部世界坐标系下的标定特征点统一到一个全局世界坐标系中,从而建立起两个传感器与线结构光平面间的标定方程。实验验证了该方法的可行性,实测平面高度的均方根(RMS)误差为0.03 mm。     

大视场离轴三反光学系统设计

针对地球环境遥感的大视场和宽 光谱的应用需求,在同轴三反光学系统的基础上,通过 视场离轴实现了无中心遮拦,并设计了一种焦 距为120 mm、F数为3.5、工作波长为0.4~1.65 μm、像元尺 寸为7.5 μm以及采用Cook三片式结构的光学系统。在没有使用自由曲 面的情况下,实现了30°×4°的大视场。其中,主镜为六 次双曲面,次镜为二次扁椭圆面,三镜为四次扁椭圆 面。在全视场范围内,该系统在奈奎斯特频率处的调制传递 函数(Modulation Transfer Function, MTF)大于0.6,接 近衍射极限。其弥散斑直径的均方根值小于探测器的像元尺 寸,畸变小于2.5%,说明本文系统具有优良的成像性能。     

线结构光三维测量系统中旋转轴的标定方法

为简化旋转轴心线的定位,提出了一种基于平面参照物的现场标定方法.将一个绘制有棋盘格图案的靶标倾斜地放在旋转平台上,控制旋转平台任意旋转几个角度,并拍摄下每个位置处靶标的图片.通过处理这些图片获取靶标上特征点的空间坐标,对这些特征点作圆拟合得到一系列的圆心点,再对这些圆心点作直线拟合,建立起旋转轴的直线方程,完成旋转轴的标定.实验验证了该方法的可行性,实测物体的均方根误差为0.04 mm.     

线结构光三维轮廓测量系统的标定方法

在线结构光360°三维轮廓测量方法中,采用多图像传感器系统可实现物体整体轮廓及局部形貌细节同时高精度测量.为了实现测量系统多传感器同时标定,提出一种线结构光多传感器三维轮廓测量系统的标定方法.以直接线性变换法为系统标定模型,设计含有多特征点的靶标控制场来解算系统模型参数,应用二元全区间插值误差校正方法对物方坐标计算误差进行校正,实现对整个测量系统的标定.并提出了一种基于二维离散傅里叶变换的多分辨率标定靶标特征点提取的新方法.论述了线结构光四传感器测量系统的标定过程.实验结果表明这种标定方法可实现多传感器测量系统高精度同时标定.     

基于平面标靶的线结构光参数一体标定算法

准确地标定系统参数是利用线结构光进行高精度 测量的前提,提出了一种基于平 面标靶的线结构光参数标定算法, 以期达到在工业现场进行高精度标定的目的。系统标定时,需要将激光线投射到平面标靶上 ,并在不同位置拍摄带有激光线 的标靶图像。首先,计算相机内参数;然后,通过内参数确定标靶平面在相机坐标系下的方 程,并由此计算出激光点在相机坐 标系下的三维坐标;最后,通过线性最小二乘方法拟合得到光平面方程。相对于交比不变方 法,本文算法可以获得更加稠密、 准确的标定点。在一种结构光扫描系统中的应用结果表明,本文算法均实可行,光平面标定 平 均误差为0.024mm,系统扫描平均误差为0.035mm。     

基于红外编码结构光的深度测量方法

视觉深度测量是计算机视觉领域的重要问题。提出了一种基于红外编码结构光的深度测量方法。首先,设计一种新的网格图案并提出一种顺序编解码算法,准确计算参考图像与目标图像之间对应点的偏移;然后,提出一种成像系统参数线性拟合算法,建立目标深度与光斑像素偏移之间的线性关系,并修正镜头畸变;最后,基于线性关系实现深度测量,并基于Delaunay三角剖分算法实现三维重建。在实验过程中,通过多组数据进行误差评估与校正,提高测量精度,降低系统误差。多组实验数据表明,该深度测量方法准确性较高,并具有较好的实用性与鲁棒性。     

基于编码结构光的大型曲面三维测量

介绍了采用结构光彩色编码技术实现大型曲面测量的一种新方法.将由RGB三原色及其补色组成的彩色条纹进行组合,生成编码图案,并由投影仪投射到被测物体上.通过对摄像机拍摄的图像进行解码,获得物体的三维坐标.利用被测物体上的标志特征点,对物体进行分块测量.结合边缘检测及圆心检测确定分割线,对物体三维坐标进行分割、组合,实现了对大型曲面的三维测量.     

利用立体视觉的线结构光参数标定

准确标定系统参数是利用线结构光进行高精度测量的前提,文中提出了一种基于双目立体视觉的线结构光参数标定算法,以期达到在工业现场进行高精度、强鲁棒性标定的目的。算法首先采用Tsai两步法标定摄像机内参数和双目相机坐标系间的刚体变换,然后利用立体视觉极线约束条件匹配双目激光条纹点,并将其重构到三维空间以进行光平面标定。相对于...     

结构光测量系统的标定方法综述

结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域。结构光测量系统的精度取决于系统标定精度。综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法。摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法。从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比。指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高。     

反向重投影多线结构光立体视觉测量方法

研究了多线结构光立体视觉测量系统中激光条纹中心点的匹配问题.系统测量过程中,将两幅图像的激光条纹中心点通过重投影相互匹配,计算对应的三维空间点.针对一个激光条纹中心点存在多个匹配点的问题,提出了反向重投影的方法.该方法将匹配点反向重投影到原激光条纹图像,利用光路一致性,筛选出唯一匹配点.另外,分析了在重投影和反向重投影...     

基于最优匹配区域的结构光系统的投影仪标定

针对现有的投影仪标定算法精度不高的问题,根据投影仪的非线性模型,提出一种基于最优匹配区域的新投影仪标定算法。首先通过试验得到最优匹配区域,然后在最优匹配区域内计算角点的局部单应性矩阵,最后采用相机标定的方法对投影仪进行亚像素级标定。实验结果表明,该方法标定过程简便,投影仪标定误差最大为0.10617 pixel,算法的执行时间为0.1907 s,系统三维重构的点云密度达9.14个/mm2。该方法只需要普通的平面标定板,操作简单,可满足高精度的三维测量系统要求。     

用于机械的线结构光三维轮廓相位测量

现代工业发展要求提供高质量的机械产品,三维轮廓测量方法有助于机械轮廓检测的完整度,但机械三位轮廓相位测量存在测量精度低等问题,基于此,提出用于机械的线结构的光三维轮廓相位测量方法.依据线结构光在三维轮廓相位测量中的工作原理,计算机械三维轮廓表面每点的相位差;将投射在机械三维轮廓表面的变形光栅条纹采用傅里叶变换方法,获取...     

线结构光参数的简易标定方法

为了实现高效率、低成本、高精度地标定线结构光 的参数,本文提出了一种基于单个平面同心面靶标标定线结构光参数的新方法。该方法基于 三点透视模型和交比不变原理计算光平面上标定点的三维坐标,利用最小二乘法拟合平面方 程。在摄像机视野范围内自由移动平面靶标,同时保持结构光投射到靶标上同心圆之外的区 域,采集至少两幅图像即可完成线结构光参数的标定。 实验结果表明: 光平 面标定的均方根 误差约为0.05mm,传感器测量精度的相对误差约为0.3%,系统整体 测量精度约为0.1mm, 说明本文标定方法具有较高的标定精度。并且该方法同时适用于其它类型结构光的标定,通 用性较强,具有获取标定点效率高、计算简单且操作灵活方便等优点,适合现场标定。