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。     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

基于相位—高度映射的简易条纹投影测量模型和标定方法

针对传统基于几何约束关系的条纹投影测量方法存在标定过程操作复杂、易用性差的问题,提出一种基于相位—高度映射的简易条纹投影测量模型与标定方法。测量模型能够直接建立测量对象表面绝对相位值与空间坐标的映射关系,无需考虑相机和投影仪间的几何约束关系,根据该测量模型提出的标定方法操作简单,无需参考平面、量块或高精度位移台等高精度辅助工具,仅需一块棋盘格标定板即可完成系统标定。基于测量模型搭建的测量系统结构简单、效率高、测量精度高、易用性好。通过仿真和实验验证了该测量模型的有效性。     

基于彩色莫尔条纹的三维轮廓动态测量技术基础研究

(项目资助号:50675174)1项目负责人及所在单位:李兵,西安交通大学2起止年限:2007年1月～2009年12月3项目简介本项目提出了基于彩色莫尔条纹的三维轮廓测量理论和技术,它以自由曲面物体为研究对象,以实现     

光栅投影三维测量的原理及关键技术分析

针对光栅投影三维测量技术的原理进行了综述,并就国内外的发展和应用状况,对测量中的关键技术,如相位测量、解相位、面形连续性、数据配准和拼接等进行了分析,说明了该测量方法的优越性。     

投影条纹法及其在车门把手形貌测试中的应用研究

测试构件形貌可以了解整体结构在工作中的变形信息,可以有目的进行结构的安全预警。为测试构件形貌,利用投影条纹法,采用由计算机软件产生四帧有一定相位差的相移正弦光栅,利用相移技术求解物体相位,实现点对点的运算,无需精密的相移装置。通过车门把手的非接触测试其三维形貌,得到了测试对象的位相图,通过解包裹处理,得到了车把手的三维形貌。表明该方法通过标定后,测量构件三维形貌精度高,易于操作,尤其适合现场监测结构安装前后变形状态。     

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...     

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。     

应用条纹投影法测量薄膜反射镜的成形

针对国内外现有薄膜反射镜面形检测方法存在动态测量不便,测量面形单一等问题,提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法.基于此方法搭建了测量平台,分析推导显示,该方法的测量不确定度＜0.385 μm,该平台的测量不确定度＜4.25 μm.在此平台上对标准球面镜进行了测量,验证了此平台的适用性.最后,对优化控制下的Ф300...     

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...     

多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。     

条纹投射系统深度标定中的数据处理算法分析

条纹投射测量系统深度标定的目的是建立条纹位相和被测物面深度之间的映射关系.标定过程中,不同的数据处理模型和算法对系统最终的测量精度有显著影响.分析比较了标定中几种常用的数据处理方法的特点,包括精确几何模型及其线性化模型,多项式逼近模型,在噪声条件下的误差分布特点,以及节点选择对多项式逼近模型标定精度的影响等.通过数值模拟和实验验证了分析结果的正确性.     

Research and development of an accurate 3D shape measurement system based on fringe projection: Model analysis and performance evaluation

In this paper, the research and development of an accurate 3D shape measurement system based on fringe projection is presented. This system utilizes a sliding projection unit to project the desired encoding fringe patterns onto the object and the object shape can be obtained by analyzing the images captured with a camera for each projection. The sliding projection unit uses a high precision grating element fabricated by electron beam lithography to produce the accurate encoding fringe patterns thus to reduce the projection error. And a method based on gray-code and phase-period edge detection is developed to align the grating element with its sliding direction to guarantee the alignment between the projected patterns. The influence of the lens distortion of both the projection unit and the camera is also studied and an improved nonlinear system model is developed based on triangulation. This model gives a more accurate mathematical representation of the shape measurement system and thus improves the system measurement accuracy. The experimental results show that an overall measurement error of 0.04 mm with a variability of ±0.035 mm can be obtained for the developed system.     

基于多频外差相移结构光的三维测量系统

基于相位投影和双目视觉的三维光学测量系统已经广泛应用于各领域。系统通过平板标定技术得到摄像机的内参和外参;针对格雷码与相移结合技术在测量物体边缘位置解相位误差大的问题,采用多频外差原理的测量方式,使用拟合负指数求解像素点的绝对相位,使用对极几何进行亚像素立体匹配。实验证明:该系统可以完成复杂面型测量并且获得高精度点云数据,测量标准偏差为0.03 mm。     

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统

三维轮廓检测能力决定了光学自由曲面开发的进度和应用的范围。基于条纹反射法检测原理提出了一种结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统。该系统主要用于光学自由曲面轮廓的检测,以立体视觉测量得到的光学自由曲面轮廓数据作为初值,结合相位测量偏折法测量数据的迭代,得到精度更高的光学自由曲面轮廓测量结果。实验结果表明,该系统可测量直径为300 mm、倾斜角范围为±20°的自由曲面光学元件,系统的复合测量能力强,光学自由曲面的测量不确定度小于±1μm。     

A low cost 3D shape measurement method based on a strip shifting pattern

We present a simple, low cost but fast 3D shape measurement method. There is no limitation on the object's material and texture. We use a projector to project a strip shifting pattern on the object, and a digital camera to record videos of the scene. The distortion of the strip shadow on the object is used to get the object's 3D information. A novel space-time edge finding method is introduced to position the shadow edge accurately. This edge finding method overcomes the effect of inter-reflection and high light. Using this space-time information, we can calculate the pixels' 3D coordinates. To get the 3D shape of an object with black texture, we improve the black strip pattern to a 3-color strip pattern. The bad data are filtered by a post-processing 3D filter, which makes full use of the neighborhoods' geometric constraints and the view point constraint. Meanwhile, our measurement method is fast, regardless of the complexity of the shape.     

一种基于相位法的彩色三维形貌测量方法

基于相位法的三维形貌测量。提出了一种建立被测物体彩色三维形貌的方法。该方法采用主动光源投射一组光强呈余弦变化的光栅。并由一台黑白CCD工业摄像机对被测物体拍摄从而实现三维形貌的重建;然后对被测物体进行三色光投射。同时黑白工业摄像机拍摄被测物体,通过对所得图片进行分析。实现被测物体的色彩恢复。实验结果表明,该方法能够快速准确的获得被测物体的彩色三维形貌,色彩度误差小,可有效解决黑白工业相机无法进行色彩捕捉这一问题。