Fourier变换轮廓术中对测量系统的基本要求

本文讨论正在正交光轴测量系统中避免阴影和频谱混叠并保证测量精度的方法,采用减小成像光轴和投影光轴之间的夹角的方法避免阴影;增加投影到被测物体上的条纹数,同时提高ＣＣＤ的分辨率以保证条纹的富里叶谱的基频从其他的频率分量中分离出来,从而提高ＦＴＰ的测量精度。计算机模拟实验证实了该方法的有效性。     

Fourier变换轮廓术中参数的选择和优化研究

利用光栅投影法原理进行三维物体轮廓测量的关键是要选取合适的参数,以确保系统测量精度和测量范围,并确保证傅里叶频谱的完全分离.重点讨论利用等效波长的概念,对傅里叶变换轮廓术(FTP)中的参数进行选择和优化.实验结果表明,压缩夹角,提高投影光栅的空间频率,可在频域中避免各次频谱的混叠,并保证系统的测量精度.     

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。     

同步扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法

基于三角法的结构光三维测量技术具有较高的精度,但投影光轴和观察光轴之间的夹角在测量过程中可能产生遮挡和阴影,需要通过两次或多次不同方向的测量和拼接解决。与三角测量不同,基于调制度测量的三维面形测量方法采用了垂直测量原理,将投影光轴和观察光轴重合,从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制。对一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法进行了研究,分析了这种类型的结构光扫描条纹的特点,基于这种特点介绍了几种同步扫描的调制度测量轮廓术提取调制度及三维重建算法,比较了几种算法的特点,实验表明采用适当的三维面形重建算法,可以在垂直测量的模式下实现115 mm深度测量范围,对被测面积为120 mm×120 mm检验平面测量,标准差可达0.19 mm。     

基于双光栅结构的阴影莫尔法三维形貌测量

提出将双Ronchi光栅结构引入阴影莫尔法，用于物体三维形貌的测量。通过选择两光栅的夹角，得到不同周期的莫尔条纹，既可使仪器的量程与待测物体尺度相匹配，从而减小测量误差，适于进行高精度检测；又可在相位的1个周期内实现对物体的测量，避免了相位卷叠，易于实现自动测量。模拟实验结果表明，与绝对莫尔法相比，本方法可提高测量精度。     

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。     

FTP中采用双帧条纹消除阴影影响的高度拼接讨论

在FTP测量中,阴影和条纹断裂会影响到正确三维面形的恢复,本文采用两帧条纹来避免阴影对物体面形恢复的影响.提出利用调制度信息来确定从两帧条纹图中恢复的高度图像的拼接区域,并用最小二乘法进行拼接的方法.既避免了阴影对测量的影响,增大了FTP的测量范围,又提高了测量精度.通过实验验证,此方法能有效性地重建具有陡峭变化物体的三维面形.     

基于双频复合光栅投影的陡变物体三维面形测量

针对复合光傅里叶变换轮廓术(CFTP)对于陡变物体其单一的调制频率难以满足相位展开与解相精度对频率的不同要求,提出一种包含两个调制频率的复合光栅投影方法。与CFTP相比,本文方法用低频指导高频进行相位展开提高解相精度,相邻两载波通道间交流分量的频谱混叠程度明显降低,并且同样达到π相移技术将测量范围扩大3倍的效果。模拟和实验均验证了本文方法的有效性。     

相邻像素的投影和杂散光对反射型LCDs对比度的影响

研究了相邻像素的投影和杂散光对反射型ＬＣＤｓ对比度的影响。结果表明，在ＬＣＤｓ的测量过程中，由于受邻近像素的投影和杂散光的影响，当和被测像素邻近的像素和被测像素同时选通时，可使测量到的对比度和视角特性发生不容忽视的变化；被测像素的尺寸越小，其测量对比度和视角范围受相邻像素的选通状态的影响越大。     

一种新的光栅投影合成轮廓术

本文提出一种新的三维物体面形合成测量技术，传统光栅投影测量法在测量大物体及形状复杂的面形轮廓时，存在着阴影及测量范围不够等问题，本文提出的双面合成技术能够有效地解决上述问题，为利用光学方法测量物体轮廓提供了广阔的应用前景。     

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。     

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     

滤波窗的选择对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响

比较了在有噪声和无噪声的情况下，傅里叶变换轮廓术中采用三种频域滤波窗对测量精度的影响。给出了在有噪声和无噪声情况下。FTP中采用不同滤波窗的测量误差分布图。得出在无噪声及噪声较小的情况下，采用平顶高斯滤波窗测量面形精度最高，而在噪声较大的情况下，采用汉宁滤波窗测量面形精度最高.     

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.     

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。     

傅里叶变换轮廓术新理论研究

采用传统的傅里叶变换轮廓术(FTP),必须保证投影装置出射光瞳和成像装置入射光瞳的连线与参考面平行,并且它们的光轴应在同一平面上,才能得到较为准确的测量结果。改进了傅里叶变换轮廓术测量装置,从理论上证明了双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时的测量原理,推导出了新的、适用范围更广泛的相位-高度映射算法,使实验系统的搭建变得比较容易,投影装置和成像装置的摆放位置可以随意移动以方便获取全场条纹。所提出的方法为在难以实现双瞳与参考面平行或难以使双轴共面的特殊环境下提供了获得可靠测量结果的途径,并且传统的傅里叶变换轮廓术测量系统是所提出系统结构的一个特例。计算机模拟及实验均证实了该方法的有效性。