一种高亮度结构光投影系统

设计了一种高亮度结构光投影系统.用于冲击爆轰过程的三维面形测量,可同时满足实验中的高亮度照明和结构光投影的要求.实验取得了冲击过程初期的变形条纹图,并进行了三维面形重建.     

基于结构光方法的类镜面物体的面形测量

为了完成对类镜面物体的面形测量,首先分析了光学三维面形测量对物体含有高亮区的反光崎岖表面无法完整测量的原因,然后从测量系统的照明方式出发,提出一种基于结构光的测量的方法。该结构光采用的正弦光栅。在双频傅里叶变换轮廓术的基础上,通过起偏器和检偏器的作用,消除了高光的镜面反射对摄影系统的影响。该方法可以重建类镜面物体,测量精度较原来提高了3倍。理论分析和模拟结果均证明提出的测量方法的可行性和有效性。     

基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用。在众多的结构光投影三维成像方法中,基于格雷码图案投影的三维成像技术因具有良好的鲁棒性和抗噪性被广泛地应用到工业检测、文物数字化及生物医学检测等领域。投影出去的格雷码图案作为一种结构光,可以直接用来调制被测面形高度分布,也可以用来辅助其他结构光的信息获取和计算,最终达到三维成像的目的。文中概述了基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术,回顾了不同种类方法的基本原理以及研究进展,给出了课题组相关方向上的原理及应用研究结果,分析了格雷码二值图案在三维面形测量应用中的优缺点和适用范围,并指出了该领域今后的发展动向。     

基于光栅成像投影的微位移检测方法

提出了一种基于光栅成像投影的微位移检测方法，利用光学傅里叶变换原理给出了具体的理论分析。准直激光束照明的光栅通过一个4f系统成像投影在被测物体表面上，光栅投影经过被测物体表面反射后由另一个4f系统成像在探测光栅上。探测光栅由一个透镜组成像在光电探测器上，其中采用由起偏器、光弹调制器和检偏器组成的偏振调制单元对探测光强进行调制。通过在4f系统的频谱面上设置滤波光阑，在光电探测器上获得了与被测物体的微位移成正弦关系的光强变化，检测出光电探测器上的光强变化即可以获得被测物体的位移量。实验验证了该检测方法的可行性，其重复测量精度小于25nm(1σ)。     

采用新投影技术的三维轮廓术

提出一种基于新的投影方式的三维面形测量技术。这项技术解决了传统投影方式在测量较大物体时带来的视场不够、亮度不均匀，从而影响测量范围及测量精度的问题。测试结果表明，该技术是简单、可行的。     

利用小波变换实现基于结构光投影的S变换轮廓术

S变换是一种集合了窗口傅里叶变换和小波变换优点的时-频分析技术,将一维的信号映射到二维的时-频空间,具有良好的时频分辨能力。由于S变换谱和傅里叶变换频谱之间存在直接联系,且具有类似于小波变换的多分辨率能力,S变换可以通过快速傅里叶变换算法实现,也可以通过小波变换算法实现。研究了基于小波变换算法的S变换在基于结构光投影的三维光学测量中的应用,给出了理论分析,特别讨论了S变换中频率因子的选择,并同基于快速傅里叶变换算法的S变换轮廓术结果进行了比较。完成了计算机模拟和实验研究。     

投影型莫尔法的成像理论研究

研究了基于莫尔条纹的三维轮廓测量技术的光学成像原理。以余弦光栅作为投影光栅和参考光栅,对投影型莫尔法从物理光学的角度进行了理论分析。采用菲涅耳衍射公式和傅里叶变换得出了输出面上的光场的理想计算公式。在计算机上采用描点法模拟出变形光栅的光强分布,该光强分布为余弦函数,与实验图片的结果一致,还得出了最终变形光栅像的光强分布。与从几何光学的角度分析结果相比,物理意义更明确。利用上述结果推导出了莫尔条纹的光强分布函数,同时也推出了高度和相位的关系。该结果为基于莫尔条纹的三维轮廓测量技术提供了理论基础。     

基于自适应窗曲线拟合的结构光条纹中心提取

在结构光视觉系统中,光条中心位置的提取精度非常重要。在总结现有的结构光条纹中心提取方法后,提出了一种结构光条纹中心自适应窗曲线拟合法。该方法在保持曲线拟合法优点的同时,克服了拟合窗口的尺寸选取对拟合结果的影响。光条中心的定位精度从而可以达到亚像素级。实验结果表明,使用自适应窗曲线拟合法与传统方法相比,改善了条纹中心提取的稳定性和精度。     

横向剪切原理在投影栅去基频中的应用

基于投影栅的3维面形测量中,包裹相位的提取过程中不可避免地会引入载频分量。为了准确地还原受物体3维形貌所调制的真实相位,必须要消除载频相位,采用剪切原理消除投影栅中的载频,首先通过对光场作剪切转化为相位梯度分布的新光场,再联合最小二乘解包裹算法进行相位展开,并与现有的方法进行了对比。结果表明,该方法能够有效地消除载频,减小重建误差,且其算法简单,可使重构相位值更接近待测的真实相位值。该方法在投影栅去载频的研究中是可行和有效的。     

用二元光学技术制作的多通道频谱分析元件

介绍了两种二元光学组合元件：一种是两个线型波带板的组合,其效果相当于两个柱面透镜的组合;另一种是一个线型波带板和一个圆型波带板的组合,效果相当于一个凸透镜和一个柱面透镜的组合。这两种元件在x方向的焦距均为y方向焦距的两倍,如果把物放在此二种元件前fx焦平面处,则在元件后fx焦平面上,x方向可以产生傅里叶频谱,y方向可以产生等大倒像,从而具有多通道频谱分析的功能。给出了制作这两种元件的原理、方法、参数和相应的实验结果。     

基于平面标靶的线结构光参数一体标定算法

准确地标定系统参数是利用线结构光进行高精度 测量的前提,提出了一种基于平 面标靶的线结构光参数标定算法, 以期达到在工业现场进行高精度标定的目的。系统标定时,需要将激光线投射到平面标靶上 ,并在不同位置拍摄带有激光线 的标靶图像。首先,计算相机内参数;然后,通过内参数确定标靶平面在相机坐标系下的方 程,并由此计算出激光点在相机坐 标系下的三维坐标;最后,通过线性最小二乘方法拟合得到光平面方程。相对于交比不变方 法,本文算法可以获得更加稠密、 准确的标定点。在一种结构光扫描系统中的应用结果表明,本文算法均实可行,光平面标定 平 均误差为0.024mm,系统扫描平均误差为0.035mm。     

基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法

为了克服光学三维传感中相位恢复困难的问题,提出了一种基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法.这种方法的特点之一是使得垂直于条纹方向特定长度的颜色序列是唯一的,从而建立了空间位置与颜色的对应关系.特点之二是相邻条纹之间具有最大色差,因而具有最大可区分性.将得到的彩色组合条纹投影到物体表面得到变形条纹,通过计算各种颜色条纹相对参考平面上条纹移动的距离,可以恢复出物体的高度.实验证明,该方法需要获取的图像少、计算时间少、精度较高,具有很强的抗干扰能力.     

基于条纹投影的双目结构光成像系统

研究了一种 基于条纹投影 的双目三维成像方法,实现对表面有大梯度或非连续等复杂形貌物体的测量。计算机软件产 生的正弦条纹 经DLP投影仪投射到被测物体表面,左右两个CCD相机同时拍摄经被测物体表面调制的变形条 纹图。通过 四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。建立绝对相位与深度 之间的关系, 得到两组不同坐标系下的三维点云数据。提出一种改进的最近点迭代(ICP)算法,在每一次 迭代过程中剔除 不可见点和噪声点,将两组点云数据转换到同一坐标系中。三维形貌测量实验证明了所研制 成像系统的可 行性和准确性。视场范围内的最大测量误差为0.072mm。     

利用立体视觉的线结构光参数标定

准确标定系统参数是利用线结构光进行高精度测量的前提,文中提出了一种基于双目立体视觉的线结构光参数标定算法,以期达到在工业现场进行高精度、强鲁棒性标定的目的。算法首先采用Tsai两步法标定摄像机内参数和双目相机坐标系间的刚体变换,然后利用立体视觉极线约束条件匹配双目激光条纹点,并将其重构到三维空间以进行光平面标定。相对于...     

基于红外编码结构光的深度测量方法

视觉深度测量是计算机视觉领域的重要问题。提出了一种基于红外编码结构光的深度测量方法。首先,设计一种新的网格图案并提出一种顺序编解码算法,准确计算参考图像与目标图像之间对应点的偏移;然后,提出一种成像系统参数线性拟合算法,建立目标深度与光斑像素偏移之间的线性关系,并修正镜头畸变;最后,基于线性关系实现深度测量,并基于Delaunay三角剖分算法实现三维重建。在实验过程中,通过多组数据进行误差评估与校正,提高测量精度,降低系统误差。多组实验数据表明,该深度测量方法准确性较高,并具有较好的实用性与鲁棒性。     

基于最优匹配区域的结构光系统的投影仪标定

针对现有的投影仪标定算法精度不高的问题,根据投影仪的非线性模型,提出一种基于最优匹配区域的新投影仪标定算法。首先通过试验得到最优匹配区域,然后在最优匹配区域内计算角点的局部单应性矩阵,最后采用相机标定的方法对投影仪进行亚像素级标定。实验结果表明,该方法标定过程简便,投影仪标定误差最大为0.10617 pixel,算法的执行时间为0.1907 s,系统三维重构的点云密度达9.14个/mm2。该方法只需要普通的平面标定板,操作简单,可满足高精度的三维测量系统要求。     

基于折射补偿的水下结构光三维测量系统

针对结构光技术在水下三维测量中的应用,提出了一种基于折射补偿的水下结构光三维测量方法。考虑到水下三维测量时,由于光线在不同介质交界处发生折射,采用平面网格靶标对系统进行陆上标定的结果不能直接应用,必须进行折射补偿,补偿被测物体在CCD摄像机靶面上成像点的像素坐标,按所建立的水下三维测量模型进行测量。通过实验证明,本文的折射补偿方法有效地克服了折射对水下三维测量的影响,实现了水下结构光高精度三维测量。     

结构光测量系统的标定方法综述

结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域。结构光测量系统的精度取决于系统标定精度。综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法。摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法。从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比。指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高。