先验知识辅助的条纹投影动态三维形貌测量

为改进条纹投影动态三维测量系统性能,根据动态物体三维形貌测量的特点提出了两步法测量方案：1)通过测量运动前物体或CAD模型,获得物体初始三维形貌及二维图像中特征点对应的三维坐标;2)进行物体运动变化过程的三维测量。通过检测动态图像中的特征点,根据二维、三维坐标对应关系计算物体不同时刻的运动参数,再由初始形貌估计出物体的近似形貌,以此来计算该时刻条纹图的近似相位。然后结合该近似相位及实际条纹的截断相位计算得到展开相位,最后获得该时刻物体的三维形貌。与时间相位展开法相比,该方案在相同测量精度下提高了测量速度;而与空间相位展开法相比,该方案在相同测量速度下提高了测量可靠度,并且不受条纹不连续影响。采用DLP投影仪和高速摄像机搭建了静态、动态双模式三维测量系统,实现了1280×1024点及70 f/s的三维形貌测量。实验结果表明该方案不但可以对刚体运动物体进行测量,而且对非刚体运动物体,只要其形变引起的条纹变化不超过半个周期也能够测量。同时,提出的方法对相邻时刻物体位姿变化有较大的容限。     

运用LCD条纹投影进行光学三维轮廓测量

基于LCD条纹投影技术提出了一种新型实用的三维轮廓测量系统.由于对投影系统至今还没有完整的数学描述,故先从小孔成像理论推导出一种线性隐式模型.提出了一种可靠的格雷码-相移组合编码方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误提出了一种码值修正算法,增强了测量系统的稳定性.最后分别对人面部和叶轮模型进行测量试验,结果表明,该系统工作稳定、精度高,单视角测量点数为130万,测量范围为400 am × 360 mm,水平测量点距为0.5 mm.     

采用LD的光源步进条纹投影三维测量系统

在采用LED的光源步进法三维测量系统中,由于LED发散角大,在短距离内就达到较大的条纹投影面积,造成系统工作距离短.另外大功率LED发光面尺寸大导致条纹对比度低,投影高亮度、高对比度的条纹困难.为解决上述问题,提出在光源步进法投影装置中采用激光二极管(LD)作为光源,实现高亮度、高对比度相移条纹投影.采用该投影装置与双...     

一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。     

位相测量轮廓术中相移误差和最佳相移次数的研究

位相测量轮廓术是三维面形测量的一种重要方法,它采用的离散相移技术要求精确的相移,在实际系统中不可避免地存在着相移误差,它将导致计算位相和重建面形的误差,本文利用已建立的三维面形仿真系统,定量研究了不同线性相移误差下所引起的位相误差和面形误差大小,本文还讨论了应如何选取最佳的相移次数,本文的工作可为实际测量的校准提供理论数据,对实际测量工作具有指导意义。     

基于单步相移算法的投影技术及其应用

利用一组规则栅线投县物体表面的变形光栅,采用单步相移算法解调出含有物体表面高度信息的位相。本文建立了一种较传统相移技术快速,但精度相当的投影技术。该技术只需采集一幅图象。文中给出了一个典型试件的实验结果和分析。     

三维形貌测量的莫尔条纹的理论分析

对投影型莫尔法形成莫尔条纹的原理进行了详细的分析,推出了莫尔条纹的计算公式。利用计算机模拟出了几种常见被测物体的莫尔条纹,与经典实验得到的结果一致。对相同形状不同大小的规则物体的莫尔条纹形状进行了分析比较,并对不同形状的规则物体的莫尔条纹形状进行了分析比较。按照原理图做实验,得到了球面的莫尔条纹,和理论分析结果一致。对莫尔条纹进行滤波,细化等图像处理,得到清晰的细化条纹。然后按照莫尔条纹级次和高度的关系式,重建出了球体的三维形貌。     

基于条纹投影的复杂曲面测量技术

如何快速、高精度地测量复杂曲面的三维轮廓是目前的一个热点研究方向。与现有的测量方法相比,条纹投影轮廓测量技术具有非接触测量、测量速度快和重构点云密集等优点,在逆向工程等领域得到了广泛的应用。本文搭建了基于条纹投影轮廓测量技术的复杂曲面测量装置,并且对相位误差标定及补偿、投影仪精确标定、高阶系统模型简化以及有效点云快速识别等条纹投影轮廓测量的关键技术进行了深入地研究。最后使用该装置进行了叶片表面轮廓测量实验,实验结果表明,本文设计装置的测量偏差最大值不超过0.05 mm。     

光栅投影三维形貌测量低通滤波器的设计

分析在光栅投影三维形貌测量中,用于对变形光栅像解调的低通滤波器的性能。分别设计了脉冲响应为9点的FIR低通滤波器和IIR4阶Butterworth低通滤波器。处理1×512大小的光栅图像,FIR滤波器需要16128次加法和2304次乘法,位相测量平均误差为0.0356rad;4阶Butterworth滤波器只需4096次加法和4096次乘法,位相测量平均误差为0.0043rad。仿真试验结果表明,IIR的Butterworth低通滤波器具有更高的测量精度和计算速度。     

基于彩色编码相移条纹的相机标定

针对传统标定方法对靶标特征点模糊噪声适应性低的问题,提出一种基于彩色编码相移条纹的标定方法.以液晶显示面板为标定靶,依次显示水平和垂直彩色编码相移条纹;通过颜色通道分离,得到正交相移条纹;结合相移理论,以正交相位截断线的交点为特征点;多次改变靶标位姿,提取特征点,结合基于平面二维靶标的标定理论,实现单相机与双目立体视觉...     

一种改进的基于条纹对比度的三维测量方法

基于条纹对比度的三维测量方法由于具有垂直测量的特点,可用于测量表面有突变的复杂物体的三维信息.本文在现有方法的基础上,提出了一种改进的基于条纹对比度的三维测量方法.该方法利用投影仪将一组相移的正弦条纹依次投射在被测物体上,并使被测物体位于投影仪成像面的前方,CCD相机通过一个半透半反镜从投影方向获取物体表面的条纹图像,...     

Vibration Analysis at Microscale by Talbot Fringe Projection Method1

Abstract: This work focuses on the implementation of a structured light projection technique for the analysis of the 3D vibration modes of microsamples. The Talbot image of a Ronchi grating is projected onto the sample surface passing through one of the objective tube of a stereomicroscope thus realising a fringe projection system at a micrometric scale. An aluminium cantilever beam PZT‐driven into harmonic vibration served as test sample for investigating the possibility to get the full‐field vibration modes of micro‐objects. An automated Fourier transform analysis of the fringe patterns was performed to obtain the full‐field time‐resolved profile information of the sample at each frame delivered by a high‐speed camera with a micrometric resolution. A straightforward procedure for retrieving resonance frequency for different modes and vibration amplitudes along the whole sample surface was implemented. The great sensitivity and the full‐field capacities of the proposed experimental procedure allow to put in evidence differences between real and theoretical behaviours hence could be extremely useful for designing and testing structural dynamic response of microstructures and micro–electro–mechanical Systems.     

十六步相移技术在弹痕条纹图分析中的应用

在三维弹痕测量系统中,为了获取较高的测量精度,为此本文提出一种采用十六步相移技术的条纹图处理算法。首先分析了物体三维形貌相位分布获取原理,然后对采集到的弹痕图像进行自适应维纳滤波,去除一部分系统噪声,再利用小波变换对原始图像进行3层sym4小波分解去噪,本系统在小波软阈值分析法的基础上,加入了3层的小波系数分解,同时结合十六步相移法进行相位主值的计算。实验结果表明,弹痕条纹图的位相值曲线更加平滑,原始图像条纹图位相高度偏差的最大值为1.631μm,在经过十六步相移技术处理后,位相主值最大偏差值仅为0.8674μm,对本系统的精度提高奠定了基础。     

基于格莱姆-施密特正交化两步相移轮廓术

将格莱姆-施密特正交化法引入投影栅形貌测量,提出了一种新的两步相移轮廓术.首先将2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,再选择合适大小窗口经像素逐点均值法消除变形栅线图中的背景成分,然后对消背景栅线图进行格莱姆-施密特正交化,得到2幅消背景相移栅线图对应的正交基,由正交基解调出相位数据.最后对面膜样品进行了实际测量,并与其它方法进行了比较分析,实验结果证明了该方法的有效性.     

基于条纹反射的镜面测量及三维重建算法分析

本文详细介绍了依据条纹反射术测量镜面,类镜面的原理和方法,分析了经由梯度数据重建三维面形的主要算法和关键问题.通过计算机模拟和波面实际测量,对十字路径积分法、傅里叶变换积分法和区域波前重构法三种主要算法的重建精度进行了对比研究.研究表明:区域波前重构法不但对高频噪声有较强的抑制作用,同时也可以处理复杂的连通区域和非等间距分布梯度数据的复杂情况,因此更适用于基于条纹反射术的波面测量.     

基于改进测量系统的非定步距相位轮廓测量技术研究

提出一种基于改进测量系统,该系统放宽了传统测量光路的3个约束,降低对系统结构的要求;同时结合非定步距轮廓测量技术,与传统相位轮廓测量技术相比较,无需保证等步距相移量,且仅需两幅畸变光栅图像就可以重建物体的三维轮廓。通过理论分析,推导出高度与相位之间的非线性映射函数关系式。实验证明,在满足一定精度要求的同时,该系统对结构条件要求较低,测量速度较快,具有较强的可操作性。     

On the Industrial Applications of Moiré and Fringe Projection Techniques

Abstract: This paper describes a set of tools and procedures based on the moiré and fringe projection techniques, which were developed to suit the requirements of real industrial situations. Particular attention was paid to flexibility, robustness and reliability, ease of use and calibration, and cost efficiency. Three case studies are being discussed in the paper. The first case describes a prototype shadow moiré instrument, which was developed for the detection of surface defects such as barely visible impact damage or corrosion inside lap-joints, during maintenance inspections of aeronautical structures. The second case presents a portable instrument based on the fringe projection technique for the automatic, full-field measurement of the shape and deformation of an arbitrary object. The system has applications ranging from deformation measurement of bioprostheses to correction of shape effects in the photoelastic analysis of complex aerospace components. Finally, a portable instrument was developed for the measurement of the location, orientation, shape and deformation of an arbitrary object, by combining the fringe projection technique with the laser spot technique for distance measurement. The system was used to assist in the integration of non-destructive evaluation techniques throughout the life cycle of an aircraft.     

基于调制度位相展开的三维面形测量及其可视化

在三维面形测量中，对复杂面形的处理位相展开仍然是十分困难的，所以极大地限制着测量精度和测量系统的自动化程度。通过多次实践，提出一种在数字加权滤波和调制度分析基础上形成可靠性控制模板，并按调制度进行位相展开的方法。实现了频谱面的数字加权滤波，进一步对条纹质量进行分类排序。在不影响位相精度的情况下，保证了位相展开的可靠性，避开了复杂的极点连接工作，节省了处理时间。最后笔者给出了一个实验，实验结果证明了方法的可行性和有效性。     

A fast 3D shape measurement method based on sinusoidal and triangular fringe projection

Existing methods to measure 3D shape of complex object involve processing more than six captured images to obtain the absolute phase, which limit the measurement speed. This paper presents two sinusoidal fringes and two triangular wave fringes which is used to measure 3D shape of complex object. The two-step phase-shifting sinusoidal fringes and two-step phase-shifting triangular wave fringes are calculated to obtain the wrapped phase, and then the two-step phase-shifting triangular wave fringes are used to determine the fringe order. Due to decrease the number of projection fringes, the speed of measurement increases. The triangular wave fringe carries more information of the object than linear increasing/decreasing ramp fringe in the actual measurement, more noise in the base phase to be overcome, thus improving the measurement accuracy. The benefits can be widely applied in high-speed, real-time 3D measurement of complex shape. Experimental results have demonstrated that the proposed method is simple, but effective.