基于PMP的钢轨三维面型复原及表面缺陷检测

随着现代轨道交通高速和重载的发展,轨道磨损问题加剧,对钢轨的外形尺寸及表面缺陷检测的需求也愈加突出。相位测量轮廓术(PMP)具有非接触、高精度、易于自动控制的特点,常用于精密三维面型复原。基于PMP技术及Stoilov相移算法,采集三帧具有固定相移的钢轨外形变形条纹图像,用枝切法进行相位展开,重建了钢轨的三维面型分布,并对钢轨表面人造缺陷进行复原和测量。该方法为轨道磨耗及表面缺陷的高精度在线检测提供良好借鉴。     

一种改进的消零频傅里叶变换轮廓术

为提高傅里叶变换轮廓术(FTP)的测量精度和范围,提出了一种改进的消零频FTP。将两幅随机相移正弦条纹通过DLP投影仪投射到待测物体上,由CCD相机采集受物体形貌调制的变形光栅条纹图,将采集的两幅条纹图相减得到无零频的条纹差图。对条纹差图进行快速傅里叶变换(FFT)后,通过简易滤波器提取基频成分,将其与彩色条纹或复合光栅投影相结合,可实现单次投影。理论和实验证明了本方法的可行性。     

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。     

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。     

一种改进的单帧变形条纹在线三维测量方法

分析了单帧相位测量轮廓术(PMP,phase measuring profilometry)中影响测量精度的因素,提出了基于改进的Stoilov等步算法的在线三维测量方法,从而避免了CCD采图过程中由于抽样、量化以及取整造成的条纹周期部分缺失对满周期等相移算法的影响。较等相移满周期算法,Stoilov等步算法具有只需相移步长相等、相移步数与相移量乘积无需2π整数倍的优点,降低了对子图相移量的要求,提高了基于单帧图像的条纹投影轮廓术用于在线检测的精度。计算机模拟和实验均验证了本文方法较等相移满周期算法精度提高了3～5倍。     

一种抑制相位测量轮廓术数字化误差的方法

在采用数字光投影仪(DLP)的相位测量轮廓术(PMP)系统中,DLP投射的光栅信号实质上是对正弦模拟光栅信号的数字化,数字化过程不可避免地影响PMP的精度,本文提出一种通过连续相移多周期的相位测量来抑制数字化过程引起的误差的新方法.实验结果表明,该方法对各种相移步数的PMP均有抑制数字化误差的能力,特别在五步相移轮廓术采用三周期相移时数字化误差抑制能力最佳.     

无相位去包裹的微分法三维形貌测量

提出了一种无需相位去包裹的微分算法,应用于 投影栅三维形貌测量。首先由计算机设计并生成 4幅四步相移正弦条纹图,利用DLP投影仪将其投影到待测物体上;然后由CCD相机采集受待 测物体面型调 制的变形光栅条纹图。再利用4幅四步相移变形条纹图,经数值运算求得沿水平和垂直方 向上待测物体 相位的偏导数,而相位偏导数的积分过程相当于求解泊松方程,于是利用离散余弦变换(DCT )求解泊松方程就可得 到待测物体三维形貌对应的相位数据,从而重构待测物体的三维形貌。测量结果表明,相位 解调的 标准差小于0.031rad,验证了本文方法的有 效性。     

一种改进的两步时域相位去包裹算法

针对时域相位去包裹方法在三维形貌测量时存在采 集图像幅数多、数据量大和处理时间长等问题,提出了一种改进的两步时域相位去包裹算 法。首 先,增加中间灵敏度投影条纹,将不同灵敏度光栅条纹投射到待测物体表面,由CCD相机采 集;再通过不同灵敏度级联,得到最 终灵敏度系数G值较大的去包裹相位数据。推导了两步时域相位去包裹算法 的初始相位条件。并进行了实际测量。结果表明,本文方法可实现高灵敏度三维形貌测量, 测量结果精度更高。     

基于虚拟参考面的相位高度映射方法

在相位测量轮廓术中,相位高度映射是通过对若干 已知平面的高度和相位来完成系统标定。其中四 平面法所需数据量最少,但是单向相位高度映射在进行高度重建时,相位差越接近于0,则 重建高度误差越 大。为此提出一种基于虚拟参考面的相位高度映射法,即通过在原四平面基础上增加一个预 设高度的虚拟 平面,再拟合得到其相位分布,进而计算出适合于整个标定空间的系数表a、b 、c,从而显著提高物体三维 重建精度。实验结果证明了该方法的可以有效地减小映射高度误差,测得单向相位高度映射 法物体重建相 对误差低于4.76×10－2 mm,虚拟参考平面相位高度映射法物 体重建相对误差低于7×10－3 mm,平面测量均差低于5×10－3 mm。     

基于隔行扫描彩色CCD的运动姿态实时检测

提出了一种采用隔行扫描彩色CCD的三维物体运 动姿态实时检测方法。仅需设计1个在相邻通道间 有(2/3)π相移的彩色正弦光栅投影到运动物体上,用隔行扫描彩色CCD摄像机实时采 集物体的一组序列彩 色变形条纹,从每一帧彩色变形条纹的奇场和偶场RGB 3通道中分别分解出各 自的3场灰度相移条纹,针对 这些场条纹都缺失隔行的条纹信息,提出一种傅里叶变换去隔行算法,使隔行的场条纹插补 成逐行的帧条 纹,因而从每一帧彩色变形条纹中可重构出6帧去隔行灰度相移变形条纹,形成两组三步相 移的条纹,利 用相位测量轮廓术(PMP)可重构出两个不同时刻的运动姿态面形信息。从理论 得出,去隔行彩色变 形条纹重建的面形保持了传统PMP的测量精度;实验证实了本文所提出的有效性和可行性, 并且将其应用到运动物体姿态检测中,使检测运动姿态的 信息量提高1倍。     

基于互补型格雷编码的离焦二元光栅相位展开方法

离焦投影使编码光图像黑白灰级跳变产生模糊而 造成二值化错误,导致相位级次解码 出错,影响相位展开。本文提出利用互补型格雷编码光计算相位级次,完成离焦二元光栅相 位展开。生成两种编码光序列,出现误码的位置相互交错,具有互补性。结合 两种互补性编码光图像进行相位展开,可有效避免编码光图像二值化错误所引起的误码影响 。对陡 变物体测量的结果表明,相位相对误差(RE)为1． 03％,误差峰谷值(PV)为0.24rad,均方差(RMS )为0.14rad。本文方法提高了离焦二元光栅测量精度 ,扩大了测量范围,尤其适用于陡变或不连续物体的三维面形测量。     

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.