闭合条纹图的傅立叶分析方法

在基于条纹投影的傅里叶变换轮廓术(FTP)方法中,相位信息叠加在载波条纹中,即必须存在载波条纹.当干涉图中条纹以闭合形式存在,由于没有载频存在,不能直接采用傅立叶条纹分析方法恢复物光波的相位信息.本文采用极坐标的坐标变换方法,将封闭条纹展开,用传统傅立叶滤波方法进行处理,再将得到的信息反变换到原坐标中,得到测量物体的三维分布.文中用二维FFT的迭代算法对条纹进行解析延拓可明显减小由于坐标变换引入的条纹锐截止误差,从而提高测量精度.计算机模拟证实了所提方法的有效性.     

采用相位图拼接的傅立叶变换轮廓术

针对在傅立叶变换轮廓术中,由于物体表面的阴影或突变而造成条纹的断裂或错位,从而影响物体三维面形重建的问题,提出了一种采用相位图拼接的傅立叶变换轮廓术。在同一参考平面上转动物体获得不同方位的变形条纹图像,由阴影或突变所造成的截断或错位条纹分布在变形条纹图的不同部位,相位值不可靠的点也分布在相位图的不同区域,对旋转前后重建物体在信息可靠区域内进行标记拼接,恢复物体表面完整的三维信息。实验证实了此方法的有效性及实用性。     

小波变换在傅立叶变换轮廓术中的应用

从小波变换本质、原理出发 ,说明它在提取条纹位相方面的应用 ,通过阐述小波变换与傅立叶变换两者之间的内在联系 ,将小波变换应用到傅立叶变换轮廓术中 ,并着重用傅立叶变换的原理对小波提取位相的原理进行详细解释。模拟结果表明 :小波变换在傅立叶变换轮廓术中的应用是正确的、可行的。     

基于CCD的莫尔条纹图像频域处理研究

面阵CCD采集双光栅干涉产生的莫尔条纹二维图像,进行扭转角测量.采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别在频域进行快速傅立叶变换,对比分析频域图像,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息.分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中噪声,获得莫尔条纹有效信息.实验结果表明,莫尔条纹的频域处理远高于空域处理的精度,使扭转角测量精度达到1.2″.     

咀嚼过程人脸颊外形动态变化的光学三维测量

通过CCD摄像机快速获取由罗奇(Rochi)光栅投影到处于动态变化过程中人脸表面上的一系列变形条纹,经过傅立叶变换、频谱滤波、逆傅立叶变换及相位展开等处理后得到重建的一系列脸部颊面面形,再现处于咀嚼过程中的人脸颊部动态变化过程。     

一种基于混合滤波窗口的复合光栅相位测量轮廓术

采用复合光栅相位测量轮廓术进行三维测量时,从变形复合条纹中能有效地解调出相移变形条纹,此时滤波窗口的选择至关重要。通过分析噪声特征及其对频谱成分不同取向影响的差异性,寻找空间频谱在两个正交方向上的最佳滤波窗口,建立了一种提高测量精度的混合滤波窗口。数字模拟表明,所设计的混合窗口对噪声的抑制均优于矩形、三角形、布莱克曼和汉宁等滤波窗。已知高度平面的测量结果表明,采用均衡噪声和频谱泄漏的混合窗口的重构误差最小,其误差均方根比汉宁滤波窗口减小了9.64%,测量精度得到有效改善。实物测量实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

傅立叶变换轮廓术测量范围的普适讨论

针对目前傅立叶变换轮廓术(FTP)测量范围的公式仅适用于投影呈一维变化的光栅条纹的情况，对FTP的测量范围进行了更深人的讨论，给出了适用于投影呈二维变化的光栅条纹的普适的测量范围公式。得出了当被测物体的频谱呈现非圆形分布时，可以采用改变投影的光栅条纹的方向消除频谱混叠，达到在不增加条纹密度和图像获取装置的分辨率的情况下减小或消除基频和零频问的混叠。     

基于傅立叶变换的单步相移三维物体面形测量的新方法

本文将基于傅立叶变换的单步相移技术用于物体的三维面形测量,其中相移采用改变全息投影条纹再现参考光的角度来实现：相位解调采用Gauss算法对变形条纹进行平滑和截断连接处理,研究结果表明：该测量系统的测量精度高（达到0．01mm),测量系统装置简单,测量速度大大提高。     

基于自适应窗曲线拟合的结构光条纹中心提取

在结构光视觉系统中,光条中心位置的提取精度非常重要。在总结现有的结构光条纹中心提取方法后,提出了一种结构光条纹中心自适应窗曲线拟合法。该方法在保持曲线拟合法优点的同时,克服了拟合窗口的尺寸选取对拟合结果的影响。光条中心的定位精度从而可以达到亚像素级。实验结果表明,使用自适应窗曲线拟合法与传统方法相比,改善了条纹中心提取的稳定性和精度。     

红外焦平面阵列条纹非均匀性校正方法

条纹非均匀性是线扫红外焦平面阵列和非制冷凝视型红外焦平面阵列成像系统中一种特殊的固定图案噪声。提出了一种基于实际场景和非均匀性分离的模型方法,能够在单帧内实现条纹非均匀性的校正。通过局部窗口模版遍历相邻列的误差函数,得到其非均匀性校正参数估计,并依据相邻两帧相关性的继承性,完成条纹非均匀性的校正。通过对模拟条纹非均匀性和实际图像的实验和理论分析,结果表明,文中算法能够显著提高条纹非均匀性校正效果。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

改进的阶梯相位去包裹算法研究

为减少投影条纹数量,提高测量速度,提出了一种 改进的阶梯相位去包裹算法。算法 采用彩色条纹投影测量物体三维形貌,将正弦和阶梯相位条纹分别输入彩色图像的红 色和蓝色通道构成彩色条纹,由DLP投影仪将四步相移彩色条纹投影到待测物体上,由彩色 CCD相机采集。利用颜色分离技术得到2组四步相移条纹图,其中一组为4幅正弦条纹,由四 步相移法求得正弦条纹包裹相位,另一组4幅阶梯相位编码条纹图,由与正弦条纹周期一致 的阶梯相位构成,经阶梯相位解码确定条纹级次,利用自校正算法去除条纹级次噪点后,实 现相位去包裹。进行了实际测量,结果表明,本方法 测量精度与采用四步相移法相当,但只需4幅条纹图,有效减少了投影和采集的条纹数量, 提高了测量速度。     

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。     

动态三维面形测量的研究进展

近年来,光学非接触三维面形测量技术被深入研究和广泛应用,其中常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面,利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像,再从中解调重建出被测物体的三维面形分布。与单帧图像的傅里叶条纹分析方法相结合,这种基于条纹投影的调制和解调技术被拓展应用到动态过程(物体)的三维面形测量和重建中,以满足日益增长的动态过程分析需求。回顾了近年来在基于条纹投影和傅里叶分析的动态过程三维面形测量以及薄膜振动模式检测研究中的进展,讨论了不同动态过程的测量方法和测量系统,给出了相关应用的实验结果。讨论了该技术的优点和面临的挑战,并指出了该领域今后的发展动向。