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...     

小波变换轮廓术中快速相位展开方法研究

针对小波变换轮廓术中相位展开的精确性和快速性问题,提出了一种新的适用于小波变换轮廓术的相位展开方法.在使用小波变换得到条纹图像的相对相位分布的基础上,详细分析了利用小波变换脊处的尺度因子建立质量图指导相位展开的理论依据和实现方法,这种质量图建立方法有效反映了条纹图像各点的可靠性.在相位展开方面,针对全局洪水相位展开算法计算时间较长的问题,提出了根据质量图将相对相位分布图分层,然后逐层采用不同算法展开的方法.与全场洪水相位展开算法相比,该方法在保持较高测量精度的同时极大减少了相位展开所需的运算时间.计算机仿真和实物测量实验说明使用该方法可以得到准确的绝对相位值,处理速度较快.     

基于光栅相位法三维重构技术研究

投影光栅相位法（PMP）是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维轮廓测量技术,可实现物体表面三维轮廓的自动测量。提出了结合投影仪移轴技术的平行光轴系统,利用计算机编程生成具有高对比度和高亮度、有相差的正弦光栅,用数字投影仪LCD将这些条纹依次投射到被测物体表面,由CCD摄像机获取受物体表面面形调制的变形光栅像,根据数字相移算法计算出相位分布再通过相位展开恢复出连续相位分布,由相位．高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。针对该原理进行了阐述,并给出了详尽的算法及实验结果。通过MATLAB实验仿真,对条纹图像进行处理和轮廓重构。模拟实验证明,这种测量方法快速高效、分辨率高,且易于实现。     

基于RGB三基色的实时相位测量轮廓术

提出一种基于彩色三步相移算法和DLP Light Crafter 4500的实时相位测量轮廓术。在测量系统中,DLP Light Crafter 4500快速有序地投影MATLAB生成的三帧相移量为2π/3的R、G、B调制正弦相移光栅条纹到被测物体表面,一台与DLP Light Crafter 4500投影光栅条纹信号同步的高速黑白CMOS相机拍摄受被测物体面形调制的变形条纹。由于捕获的变形条纹间存在颜色失衡,需要采用校正算法进行校正。基于传统的三步相移技术,利用校正后的三帧变形条纹图像可以实时重建被测物体的三维形貌。     

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。     

一种改进的梯形双频相移相位展开方法

通过研究提出了一种改进的梯形相移相位展开方法,将原来方法折角线替换成正弦函数曲线,使得过渡区域更加平滑。所提出的方法的测量深度范围在相域内为6π,相较原来的方法提高了3倍。改进之后相移梯形的相移为2π,整个周期为6π。每个相移梯形被划分为6个区域,每个相邻区域点的强度值变化规律不一。得到3幅图像后,比较每一点在3幅图像中的强度大小,可唯一确定该点所在区域编号,同时可以求解出强度比r,其范围为[0,π]。结合强度比与所在点的区域值,可将r的相位值转化到一个新的相位域,这个相位域也就是相位包裹值[0, 6π]。改进的梯形相移条纹作为双频条纹中低频部分,高频部分只需两幅正弦条纹,相位展开后可以准确地获取绝对相位。仿真和真实实验也表明了该方法在三维成像中的性能。     

互补格雷码双 N 步相移的彩色编码光栅投影轮廓术

在三维轮廓测量领域,互补格雷码相移法能够得到连续的展开相位,然而,单组相移条纹导致其测量精度极易受到周围环境变化的影响,且传统投影方式增加了干扰的引入。针对此问题,本文提出了一种基于彩色编码光栅投影的互补格雷码双N步相移法。首先将双N步相移条纹和互补格雷码条纹混合编码成彩色条纹,然后依次投射到目标表面,最后从采集的彩色条纹中提取相位信息分别进行相位解算、融合后求得表面三维形貌。为了验证本文所提方法,将该方法与传统互补格雷码N步相移法以及三频外差法进行了对比实验。实验结果证明,本文方法能够获得高精度表面形貌信息,有效降低测量误差,同时检测效率提高50%。     

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。     

基于彩色条纹投影术的三维形貌测量

物体表面三维形貌数据的获取在智能制造、航空航天、文物保护、医疗卫生、远程教育等领域有着广泛的应用。三维形貌数据的获取受限于系统硬件的性能,特别是现有数字投影系统的投影速度,无法快速测得物体面形的三维形貌。彩色成像和投影系统的出现,为并行多颜色通道三维成像系统提供了新的研究方向。详细综述了基于彩色条纹投影术的三维形貌数据测量研究的现状。具体包括彩色条纹投影术的基本原理、彩色条纹调制和解调相关技术、三维成像系统的标定、以及未来的研究方向。接着给出几个利用彩色条纹投影术获取物体表面三维形貌和彩色纹理的实例。为彩色条纹投影术测量物体表面三维形貌数据提供了详尽的综述,并指明了未来潜在的研究新方向。     

应用复Morlet小波变换分析条纹图相位

针对在使用干涉、Moiré偏折等方法进行流场高速动态测量时条纹图中大量无效数据对计算结果的影响,提出了一种基于连续小波变换的条纹图相位分析方法.利用小波变换的瞬时条纹频率分析能力,选用复Morlet小波及合适的小波参数,使得条纹图的小波变换模极大值与其调制度系数成正比,将其作为加权最小二乘法相位展开算法的权值,保证了相位有效展开.使用曲线拟合进行小波变换脊定位,缩短了定位时间并消除了噪声干扰.仿真实验显示,使用该方法得到的分析结果与实际相位值的相对误差小于0.01％;内波流场测量实验显示,使用该方法进行条纹图分析,密度梯度测量精度达到了5×10-6g/cm4.结果表明,用该方法进行条纹图相位分析可以有效消除无效数据对结果的不利影响,相位展开有效可靠,分析结果精度高.     

数字相移测量中的高精度相位误差补偿

数字相移测量的主要误差来源于由数字投影机引入的Gamma(γ)畸变。投影范围内的γ非一致性使得基于单一γ的校正技术和相位误差补偿技术存在较大残余误差。在分析γ非均匀分布的基础上,提出了基于像素的相位误差查找表补偿方法。该方法根据像素自身的γ,动态地建立相应的相位误差查找表,进行相位误差补偿,有效提高了补偿精度。对实际测量结果做了分析并与基于单一γ的方法进行了比较,证明了基于像素的相位误差查找表补偿方法能够获得更高的精度。     

一种光学投影测量仿真方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓术仿真系统,该系统通过坐标系平移、转换以及运用相似三角形等方法,使仿真系统不再要求投影仪光轴和照相机光轴相交于一点。克服了投影仪和照相机之间的位置约束,该系统能对更复杂的测量系统进行仿真和算法研究。不同系统参数下的仿真结果表明,该系统可以实现光轴无交点情况下的仿真,得出的阴影区域符合实际情况。     

Fringe counting method for synthetic phase with frequency-modulated laser diodes

Fringe counting method with laser diodes (LDs) for displacement measurement has been constructed. Two LDs are frequency modulated by mutually inverted sawtooth currents on an unbalanced two-beam interferometer. The mutually inverted sawtooth-current modulation of LDs produces interference fringe signals with opposite signs for respective wavelengths. The two fringe signals are fed to an electronic mixer to produce a synthetic fringe signal with a reduced sensitivity to the synthetic wavelength. Synthetic fringe pulses derived from the synthetic fringe signal make a fringe counting system possible for faster movement of the tested mirror.     

Two-dimensional fringe projection for three-dimensional shape measurements by using the CWT phase gradient method

This paper describes an optical measurement technique for the two-dimensional fringe pattern (by introducing the carrier frequencies in two spatial directions x and y) by the continuous wavelet transform (CWT) phase gradient method. Such transforms based on the Morlet and Paul wavelets have been applied to image rows and columns one by one and then added to find the final phase distribution, without using any unwrapping algorithms. This technique is compared with the S-transform phase gradient method. Numerical simulations and actual experiments are carried out to show the validity of this technique for finding the phase distributions.     

Phase unwrapping by blocks

A method of 2-dimensional phase-unwrapping by blocks is presented in this paper. This method combines the advantages of both conventional phase-unwrapping algorithm and cellular-automata unwrapping algorithm. With this concept, a fast, robust and stable phase unwrapping for phase maps of different sizes can be achieved by utilising different algorithms for different conditions. A criterion is described for judging whether a period-two oscillatory state is reached by local iterations. In addition, a phase dislocation masking method is described in this paper, which can be used to detect and clean large dislocations, improving the rms values of signal-to-noise ratio in unwrapped phase maps.     

基于单光源投影的细丝动态测量方法

细丝尺寸的波动影响到相关产品的质量.目前细丝尺寸的测量有光电能量法、激光束扫描法、激光衍射法、投影成像法等;对于线径0.1～1.0mm细丝线,我们采用半导体激光作单光源、菲涅尔双棱镜(Fresnel)产生双光源投影照射细丝线、CCD信号检测的方法,获得细丝动态测量关系式;通过对动态投影尺寸的测量,获得较好的检测精度,解决了细丝生产工序的复杂性、波动性导致的动态质量监控问题.     

投影微分法实现多光谱成像仪的自动对焦控制

基于投影微分算法提出了一种应用于多光谱成像仪的自动对焦方法,该方法结合图像处理单元和多个波段的探测器调焦辅助机构来同时实现多个波段的独立自动对焦.首先,根据观测需要对自动对焦窗口进行手动选取,或结合投影微分与目标边缘的对应关系进行对焦窗口的自动选择;然后,将参与自动对焦计算的图像的对焦窗口内的数据做x与y方向投影,对这两个方向投影数组的微分1范数均值求均方根,并将其作为该帧图像的清晰度评价值;最后,结合经典的爬山搜索算法,完成系统的自动对焦过程.实验结果显示,同等条件下投影微分算法与经典的Brenner、能量梯度及Roberts梯度和算法具有同样好的评价效果,能够准确地实现系统的自动对焦,而其算法时间分别仅为这3种算法的0.67、0.33和0.33倍.这些结果表明,投影微分算法具有良好的单峰性与无偏性、较高的灵敏度及很好的实时性,能够满足系统的高精度自动对焦要求.     

基于相位展开的自混合干涉位移重构方法研究

对于含有光反馈的半导体激光器,在外部物体作简谐振动的条件下,对自混合干涉信号的理论模型进行了理论分析和仿真验证,构建了基于自混合干涉效应的微位移测量系统。在分析理论模型的基础上,研究了自混合干涉功率信号的处理方法。基于相位展开的原理,提出了一种实时重构被测体微小位移的方法,在不考虑噪声和干扰的条件下,对于不同光反馈水平下的外腔反射体位移波形均具有很好的再现效果,最大重构误差为28 nm。实验结果和理论分析相吻合,验证了所提算法的有效性。