光栅投影三维轮廓测量技术分析及进展

对于漫反射物体的轮廓测量的光学投影式轮廓测量技术，根据不同的测量方法和条纹图像分析技术可以大致分为两种：直接三角法和相位测量法，以相位测量法中的光栅投影法为重点，介绍了其测量原理和关键技术，如傅里叶变换法、解包裹、系统标定等，并分析了其研究热点与发展方向。     

一种应用相移法的三维形貌测量方法

为了测量物体的三维形貌,通过投射正弦光栅,采用四步相移法求得包裹相位;运用质量引导路径解包裹方法对包裹相位进行解包裹处理,得到正确的相位值;最后通过三维重建获得物体的三维形貌。用人脸面具进行试验。结果表明:通过该方法能正确、清晰地呈现所测物体的三维形貌特征。     

表面三维形貌测量及其评定的研究

对表面三维形貌测量技术展开了较为全面的研究,测量过程由相移,采样,相位提取及数据处理等部分组成．整个测量系统采用激光为干涉光源,CCD为图像传感器,压电陶瓷提供微小位移,通过图像采集卡将干涉条纹采集到计算机内存．文中采用上述理论对标准样块进行了测量,计算机得到表面三维形貌图,根据建立的基准面分离出粗糙度信息,并由给出的参数评定数学模型,编制出合理的软件,计算出零件表面的三维参数．最后给出实验结果和分析,并提出下一步研究工作的设想．     

薄膜结构点阵投影式三维动态变形测量技术

针对常规视觉测量方法在薄膜类结构动态测量中靶标影响薄膜局部变形的弊端,提出了一种薄膜点阵投影式三维动态测量技术。此技术利用激光器将靶标投影到薄膜结构上,并基于OpenCV库（开源计算机视觉库）提出了一套三维测量算法进行薄膜结构三维动态变形测量。为了验证其三维测量精度,设计了精度检验的标准尺。在原理验证实验中检验了薄膜结构点阵投影式测量技术的三维测量精度,并以24 Hz帧率拍摄、离线处理数据的方式对薄膜结构的整体变形和波浪变形工况进行测量。精度验证实验结果证明了此技术在1 m的测量距离与1.3 m×0.8 m视场下,X、Y方向的精度小于0.30 mm,Z方向的精度约0.77 mm,同时动态测量结果能够有效复现薄膜结构动态变形过程。     

基于三维测量技术的相移微动装置研究

本文介绍了相位测量轮廓术的基本原理，根据相位测量轮廓术中相位调制的原理提出了一种实现光栅精确相移的新装置，该套相移微动装置主要由步进电机控制器、驱动器、步进电机、螺旋测微头等部件构成．通过对步进电机控制器编程实现了相位调制的自动化．     

三维面形位相测量轮廓术的研究

研究了物体三维面形对正弦光场的调制机理和位相测量轮廓术（PMP）基本原理，同时探讨了PMP的关键技术-相位去包裹的实现方法，在此基础上，开发了基于微机的全套应用软件，并以一个典型的复杂三维面形硬币为例，采用四步相移技术进行了实物测量，获得了较为满意的结果，实现了高精度、无接触的三维面形测量。     

变曲率高聚物材料表面三维轮廓和变形场分布的同时测量

为测得变曲率高聚物材料的表面三维轮廓和变形场分布情况,构建一个基于条纹投影技术的三维测量系统,通过采用改进的标定方法实现对系统的高精度标定,然后利用标定好的系统对一块表面凹凸不平的EVA材料板进行表面轮廓测量,对该材料板施加一定作用的力使其产生形变后再对其进行三维轮廓测量,由变形前后采集到的数据经过分析得到该材料的变形场分布情况,从而实现了变曲率高聚物材料表面轮廓和变形场分布的同时测量.     

非接触测量中光学成象系统的设计

介绍一种用于非接触测量的光学成象系统 ,并将其应用于模具的数控仿型加工系统中。同接触式的测量方法相比 ,非接触测量不仅可以降低对被测物体材料的限制 ,而且在模具制造工业中 ,可以提高对复杂模具的加工能力。该系统是基于光学三角测量原理 ,CCD光电转换技术设计出来的。理论和实验都表明 ,该系统的光学成象聚焦性完好 ,结构简单便于安装调试。该系统不仅测量精度高 ,工作距离大 ,测量范围宽 ,而且可以保证位置信息的实时性 ,在± 1 0mm的测量范围内 ,其精度可达到 0 .0 2mm。     

双频投影栅线法物体轮廓测量技术研究

在光学投影栅线法测量物体三维轮廓理论的基础上,本文提出了双频投影栅线法物体轮廓测量技术,通过两种不同频率的光栅投影图,能够直接得到包含物体高度信息的绝对相位值,能够实现具有陡峭边沿物体的测量,实验结果表明,利用该方法能够显著提高物体轮廓测量精度.     

Helio—Scope万能光学测量系统

马尔公司（Mahr Federal Inc．）推出一种用于复杂车削零件精密测量和质量控制的万能光学测量系统——Helio-Seope，可用于计量室及车间现场。该系统可在几秒钟内完成对车削零件多种参数的非接触测量，全自动的测量程序避免了操作者对测量结果的人为影响，易于使用的图形界面简化了仪器操作。     

小波消噪在三维测量轮廓术中的应用

在测量轮廓术中，噪声的影响会给测量得到的光强数据带来误差，通过带有误差的光强数据恢复出来的物体轮廓数据也有误差，而且，较高的噪声会上轮廓术中的相位解包裹算法失效。文中提出先利用小波进行前期处理，消除去噪声，再进行恢复其轮廓。计算机模拟结果表明，和传统的频域滤波相比，应用小波消噪的方法可以使相位误差在为减小，相位解包裹算法的稳健性得到了大大增强。     

双CCD光栅投影法测量物体三维轮廓技术

为了实现物体三维轮廓的高精度测量,使用双CCD采集被物体调制的光栅图像,将四步相移法与图象编码法相结合对采集到的图像进行处理,得到物体上各个点的相位变化,根据相位变化求出物点相对于参考面的高度,从而获得物体的三维轮廓信息.实验表明,此方法测量信息获取完整,可以测量陡峭或不连续的物体,测量误差在0.05 mm以内.     

条纹投影测量系统标定方法研究

条纹投影测量方法具有无接触、测量精度较高、分辨率高等优点,是最可靠的三维测量方法技术之一。而系统标定的精度决定了测量数据的精度上限,是三维测量中至关重要的环节,所以本文分析比较了条纹投影测量系统已有的主要标定方法,包括有：反向投影法、三角关系建模法、隐式拟合法和神经网络法。从误差积累、系统搭建严格程度、操作复杂度、是否需要精密辅助装置、是否考虑镜头畸变以及测量精度等方面进行了对比分析,得出每种方法的优缺点及应用,并以精度相对较高的相位匹配标定法、多项式标定法和平面拟合标定法3种方法为例进行对比实验,综合方法特征与实验结果,得出标定方法选择依据：需要高精度测量应选择多项式拟合法,需要操作灵活应选择相位匹配法,同时对精度和灵活性有需求,应选择平面拟合标定法,对此类技术面向不同需求时选择适当的方法进行系统标定具有一定的应用价值。     

基于二进制编码结构光的三维形貌测量系统及其标定

建立了一个基于二进制编码结构光的三维形貌测量系统,推导了测量系统的物象关系式,并对测量系统进行了标定。在对编码投影光平面的标定过程中,提出利用代数射影几何中的交比不变原理对其进行标定的方案,并论述了标定原理。然后,结合系统的整体标定方案,设计了实验靶标,进行了标定实验,并生成了若干编码投影光平面的标定结果图像。     

三维物体轮廓测量标定技术中解相问题的研究

对三维物体轮廓测量标定技术中所遇到的卷相问题进行了分析，提出了多标定平面法和标记图像法来计算相位沿高度方向的卷相次数，并通过实验验证了该方法的有效性。     

FTP法三维轮廓测量系统的快速标定技术

在FTP（Fourier Transform Profilometry）法三维轮廓测量过程中，系统的结构不同，测量高度所引起的相位差与高度的对应关系也不一样。本文应此问题进行了详细的分析，并提出了一种适用于不同结构的快速标定技术。     

三维激光扫描技术在工程测量中的应用

伴随着我国的改革开放,社会经济的超前发展,我国的各项科学技术推陈出新,不断创新改进。在我国当前的工程测量中,三维激光扫描技术以其出众的优势博得越来越多人的喜爱和关注,并且在各个领域都是得到了较好的应用。在本篇,笔者主要是针对于三维激光扫描技术在工程测量中的有关应用进行探究和分析,希望能够为该技术的更好应用做出力所能及的...     

锥光全息测量中的图像处理技术研究

由于锥光全息非接触式测量是根据光强恢复被测信息的方法,存在噪声及光源波动干扰问题和对比度较低而误差较大的情况,推导了被测量和条纹相位的关系,直接从测量图像的相位信息中恢复被测量信息。对各种常见的条纹处理方法的不足进行了分析,提出一种结合条纹整数频率和小数相位的区域条纹扫描方法,即在选定区域内,提取整数条纹数量和小数条纹的相位信息,该方法结合条纹投影法和梯度质心法来确定条纹极值点和需要精确定位的小数条纹部分的起点,再对小数部分进行余弦拟合。 实验结果表明,该方法降低了背景及条纹强度变化的影响,提高了测量速度,而且确保了测量的准确性。     

一种基于锥镜的光学非接触位移测量的新方法

介绍了一种基于锥镜(axicon)的非接触光学位移测量的新方法,可用于精密表面和超精密表面的位移测量.其特点是量程较大,分辨率高(最小可至0.1 μm).另外 ,该方法可允许被测表面有小角度的倾斜,且不受测头与被测表面之间的孔径光阑的影响, 是一种可用于在线光学测量的方法.