双频虚拟光栅投影三维测量技术

莫尔三维测量中的傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率进行测量,存在着由于待测物体高度变化率过大引起的相位解调困难问题。为解决该问题提出了利用双频虚拟光栅投影的三维测量方法。通过双色光干涉同时形成双频虚拟光栅,将双色干涉条纹投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形彩色干涉条纹。变形的彩色干涉条纹经过光学接收系统成像在彩色CCD探测器上。彩色CCD探测器所接收到的是双色光通道复合的变形虚拟光栅图。通过色度学方法对同一幅彩色变形虚拟光栅图的不同色光通道进行分离,并对分离后的双频虚拟光栅调制图进行综合。既兼顾了效率,又有效地解决了被测物体高度变化率过大引起相位解调困难的问题。     

应用三步相移法的三维面形测量

提出一种基于三步非定步相移的三维面形测量方法。首先将投影仪投出的光栅进行预校正,保证投到参考面的条纹为标准的正弦条纹。测量时,由投影仪投影三幅等相移量的光栅到待测物体表面,CCD相机对应采集三帧变形条纹图,由相位计算模型提取相位。最后通过高度映射公式恢复待测物体的三维面形。该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大情况下,仍能进行测量,为动态在线测量奠定了基础。模拟及初步实验均验证了该方法的可行性。     

基于光栅投影的钢板孔洞缺陷测量

针对基于光栅投影的钢板外观质量检测中孔洞检 测缺陷精度不高的问题,提出一种基于双投影的孔 洞缺陷检测方法。在钢板上方等间距设置两个线激光阵列,交替投影等间隔明暗分布的光栅 场,CCD相机 分别采集两个方向上投影到钢板表面的云纹图像,利用相移法分别求解出两个方向云纹图像 的相位信息, 然后分别重建得到钢板两个方向的三维轮廓。通过背景二值化定位投影盲区,将两个方向的 重建三维轮廓 进行融合,从而完成钢板的三维重建,实现钢板表面孔洞缺陷的测量。实验结果证明:钢板 的厚度测量精度为0.05 mm,孔洞缺陷测量精度可以提高到0.1 mm。     

3D形貌测量中一种基于主成分分析的单帧投影栅算法

将主成分分析(PCA)引入投影栅形貌测量中,提出 了一种基于PCA的单帧投影栅算法。由计算机生成正弦条纹图,利用DLP投影仪投影到 被测物体表面,由CCD相机采集受物体 形貌调制的畸变条纹图并保存在计算机中进行处理。首先由采集的变形条纹图构成5帧 空域相移图;然后将多帧相移条纹图分解成不相关的主成分,由第1和第2主成分利用反正 切函数计算得到变形条纹相位信息;最后根据条纹相位的单调性,采用聚类分析法确定相位 全局符号。实验结果表明,本文算法无需确定相移量就可直接解调出与物体形貌对应的相位 数据,运算速度快,测量精度高,适用于在线三维形貌测量。     

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。     

三维小视场成像系统

研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测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。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的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。     

基于FTP的三维轮廓测量方法及实验

为了快速、高精确度地得到物体的三维轮廓信息,在此利用傅里叶变换轮廓术,将被测物体置于光栅投影下,采集变形光栅图像,根据被测物体表面的高度与相位差之间的映射关系,通过在计算机中与参考光栅原像的比较分析,以获得被测物体的三维轮廓信息。实验中搭建了由LCD投影仪、CCD摄像机、图像采集卡和光学导轨等组成的光栅投影测量系统的硬件平台,提出了用1台计算机同时控制投影和采集处理光栅图像,根据映射关系在多次实验中不断修改优化测量参数,做到既不影响视场范围,又保证较高的测量精度,并给出了由计算机重建后较好的三维轮廓图像精度及其实验的测量误差分析。     

光栅投影三维测量系统中标定技术的研究

相机和投影仪的标定精度决定光栅投影三维系统的测量精度。提出一种改进的标定方法。该方法在逆向相机模型的基础上对投影仪进行标定,利用相位编码法进行绝对相位展开,避免相机标定误差的引入,在标定过程中减少投影仪投射图案的数量,使标定操作更加简单、快速。在系统的标定过程中,利用投影仪投射的垂直、水平两组光栅图像,建立其与相机图像的对应关系,进而求得标志点圆心在投影仪图像上的像素坐标;然后利用带有径向畸变的相机模型对投影仪进行标定;最后进行系统的立体标定,确定相机和投影仪间的相对位置关系。实验结果表明所提方法切实可行。     

一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法

提出了一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法。首先设计四步相移正弦光栅条纹图,由DLP投影仪投影到待测物体表面,再由CCD相机采集受物体形貌调制的变形条纹图;然后对其中一幅变形条纹图进行傅里叶变换以确定抽样间隔,再对4幅相移条纹图用相移法求得条纹背景和调制幅度后,对每幅变形条纹图做归一化处理;对每幅相移条纹图在空间域进行下采样抽样和灰度插值,构建相移莫尔条纹图,得到多帧时空域相移条纹图;对多帧时空域相移条纹图按时空二维相移法处理求得莫尔相位,再将莫尔相位与抽样点相位叠加求和得到变形条纹图对应的相位数据;最后,以面膜作为样品进行了实验测量,结果表明,经典四步相移法重构的物体形貌出现明显失真,而本文方法能较好恢复物体的三维形貌。     

基于数字光栅投影的浮法玻璃缺陷检测方法研究

提出了一种基于数字光栅投影的浮法玻璃缺陷检测方法。由数字投影仪投射的光栅条纹经过玻璃带在背景平面上成像,用位于玻璃带上方的高速相机采集受到玻璃带表面调制的图像,再由计算机对采集到的缺陷图像进行相位提取和重建,得到受玻璃缺陷调制的离面位移分布图,并计算求出玻璃带表面的屈光度。以检测难度较大的光畸变缺陷为例,验证了本文方法的可行性。实验结果表明,本文方法能检测光学变形较小的缺陷,检测精度可以达到0.1mm。     

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。     

正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法

数字投影仪的非线性响应是近年来研究的热点问题,因为数字投影仪虽然能避免物理光栅投影的各种缺陷,但其自身的非线性直接影响了输出信息,是相位误差的主要来源,进而影响了测量精度。针对数字条纹投影三维测量中存在的Gamma非线性和不同区域Gamma值并不一致的问题,提出一种通过正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法,通过正交条纹划分区域,对每个区域使用多项式拟合计算预编码值校正该区域条纹图像。使用该方法校正后相位误差减少了82.24%,适用于任意投影仪与相机之间的位置关系,只需要精细化计算一套分区域预编码系数并由此生成编码条纹图,即可满足该系统此后的测量需求,该方法灵活性强、精确度高。     

基于彩色摄像机的三维物体双投影测量法

通过对三角测量法的分析比较,提出了双投影三维测量法,它采用彩色CCD,一次性获得三维物体两个侧面的三维数据,不仅测量速度快,而且能有效解决一般三角法的阴影和遮挡问题,并可以提高测量精度,且易于实现测量仪器的小型化。     

平列式线阵彩色CCD摄像机的色彩偏移与校正

分析了平列式彩色线阵CCD摄像机色彩偏移现象产生的原因.计算了摄像机在实际在线检测情形下的色彩偏移量.提出了色彩偏移的校正方法,并对色彩偏移的实际样本图像进行了校正.     

关于双频光栅对物体实时测量的研究

为了既可以高精度测量有突变的物体又能达到实时的目的,采用软件VC++生成双频光栅的方法,用LCD投影机直接投射到物体表面,只需采集一幅图像经过傅里叶变换便可得到相位差,还原出物体形貌。实验结果表明,该方法简单方便、精度高,可以达到实时的要求,对基于双频光栅的傅里叶变换轮廓术的发展有很大的推动作用。     

基于彩色同心圆的投影仪标定算法

本文研究主动视觉系统中投影仪的平面标定方法。用固定的投影仪向画有青色同心圆的标定板上投影黄色与洋红色相间的棋盘格,用固定的摄像机采集若干幅标定板不同朝向的图像,对采集图像进行颜色通道过滤,得到投影仪标定所需的同心圆分量和棋盘格分量,结合摄像机投影仪图像之间的映射关系和同心圆的秩2约束来标定投影仪。此方法仅需用三幅图像,不仅可以标定出投影仪的所有内参数(包括倾斜参数),如果再一步深入,还可以标定出摄像机的内参数矩阵和主动视觉系统的外参数矩阵。实验结果表明本文的标定算法精度比较可观。     

基于结构光的镜面/漫反射复合表面形貌测量

光学三维测量技术以其非接触、无损及快速测量的优势被广泛应用于不同领域。已有的条纹投影和条纹反射测量术分别适用于漫反射表面和镜面表面。然而,航空航天和先进制造中存在许多漫反射和镜面反射表面同时存在的复合反射表面。提出一种基于结构光投影和反射的方法来实现复合表面形貌的快速测量。首先,投影仪投射蓝色正弦条纹图于被测物体表面,同时显示屏显示的红色条纹被镜面部分反射。其次,彩色相机采集经被测表面调制的变形条纹图。然后,从相机不同颜色通道中提取对应不同类型反射表面的变形条纹,并计算变形条纹图的绝对相位。最后,通过系统标定建立相位信息与深度之间的直接关系,得到被测复合表面的三维形貌。实验结果表明:该方法不仅能够有效地实现非连续复合表面物体的测量,还能够同时测量独立的漫反射和镜面反射表面的三维形貌。     

基于粗糙度测量和颜色距离的织物缺陷检测方法

针对周期性纹理背景影响织物缺陷检测效果的问题,提出了一种基于粗糙度测量和颜色距离的织物缺陷检测方法。该方法先将待检测图像由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间,并分别对三通道进行同态滤波处理,以提升缺陷与背景之间的对比度;利用粗糙度测量对织物图像进行分类,并将同一类别的织物图像分成大小相同且互不重叠的图像分块,分别估计各个图像分块与其八邻域图像分块的颜色距离,从而实现对缺陷的粗定位;最后对粗定位图像分块进行显著性和二值化处理,有效减少了周期性纹理背景对检测结果的影响。实验结果表明:与近期4种方法相比,本文方法对周期性纹理织物图像表现出了较好的检测效果,检测准确率更高。     

Visual fatigue in congenital nystagmus caused by viewing images of color sequential projectors

Color breakup is the perceived splitting of the white portions of an image into its red, green, and blue components when the image is projected with the color sequential method and the viewer is moving his or her eyes. This study aims to evaluate how color breakup affects symptoms of visual fatigue in people with congenital nystagmus. The eyes of people with congenital nystagmus continuously oscillate leading to color breakup without pause. One in every 1 500 persons is afflicted with congenital nystagmus. Many sufferers have almost no symptoms in daily life except for a mild deterioration of visual acuity. Five subjects with congenital nystagmus were shown a 15-min portion of a movie projected with three video projectors (one liquid crystal display (LCD) projector and two single-chip digital light processing (DLP) projectors). They were subjectively evaluated both pre- and post-viewing with a questionnaire listing visual fatigue symptoms. One subject was tested in an additional experiment using six more projectors. Results indicated that subjects with congenital nystagmus felt severe visual fatigue after they viewed images produced by color sequential projectors. Mechanism of the cause of visual fatigue is not clear in general and in color breakup in congenital nystagmus, however, it was clear that people with nystagmus felt continuing color breakup as a flickering image. Flickering light is a major cause of visual fatigue. Color sequential projectors are best avoided in public settings, such as classrooms, lecture theaters and conference sites.     

Feature points matching for face reconstruction based on the window unique property of pseudo-random coded image

Structured light vision systems have been successfully used for accurate measurement of the 3D surfaces of an object, in which a pseudo-random coded structured light image pattern is projected onto the target object through a projector, and the coded information image produced by its surface is captured by a CCD camera in order to recover its 3D surfaces. In this kind of computer vision technology, 3D face reconstruction is a hot research topic. This paper presents a method for feature points matching used in 3D reconstruction. In this method, the feature points can be identified exclusively taking advantage of the window unique property of a pseudo-random array. Thus, the matching problem can be solved by finding the correspondence between 2D coordinates of feature points in the pixel image and those in the code of the projected template. Then, the 3D reconstruction can be carried out with only a single image with the benefit of easy operation and simple calculation. An experiment for 3D face reconstruction with simulated data is given. The performances show that this method has high matching precision for object matching of feature points.