一种新型近似无衍射栅型结构光及其实现方法

本文提出一种新型的近似无衍射栅型结构光的概念与实现方法.该结构光具有焦深长、线宽细、在一定范围内光场分布稳定,光场光强不变等特点.文中采用精密三角截面棱镜组成的光学系统生成近似无衍射栅型线结构光,用惠更斯一菲涅尔原理及基尔霍夫衍射理论对该系统进行了理论分析和计算,并在无衍射范围内对近似无衍射栅型结构光的光场分布进行了数值仿真.文中对系统进行了实验对比及验证,结果表明,实验数据与理论计算及仿真结果基本一致.应用文中的系统参数,获得了条纹宽度为18 μm,焦深范围为570 cm的近似无衍射栅型结构光,其条纹宽度及光场强度分布不随距离而变化.与传统的光源相比,近似无衍射栅型结构光在三维轮廓测量等应用中具有分辨率高、精度高等优势.     

一种面结构光投影仪的标定方法

目的 研究并提出一种简单的面结构光投影仪的标定方法,结合试验搭建的测量平台,实现对饮料瓶、易拉罐、瓶盖等形状规则的包装件以及轮廓复杂人脸的准确测量。方法 首先借助二维灰度棋盘格标定板并采用张正友法标定好摄像机,再向标定板投影设定好的黑白棋盘格图案,然后结合图像阈值分割和形态学操作方法获取相机捕获投影图案的特征点坐标,最后使用标定好的摄像机参数来标定投影仪。结果 文中提出的标定方式相对操作简单、成本低,且在x和y方向的重投影误差基本都小于1个像素。结论 测量实验结果表明,文中标定方法能保证对人脸模型较理想的测量精度,有较好的应用范围。     

基于投影光栅的大型三维曲面轮廓测量技术

本文提出一种基于投影光栅的傅里叶变换轮廓法来实现大型三维曲面表面轮廓非接触测量的新方法，并讨论了滤波器的设计和傅里叶变换轮廓法的最大测量范围。最后给出了测量结果。     

基于线结构光的轮廓传感器的研究

自动化生产程度和产品质量的提高，对计量检测手段提出了更高的要求，视觉检测技术的发展适应了这一需求。结构光视觉系统为许多空间三维物体的检测问题提供了可行的解决办法。     

一种新型光纤传像微三维测量系统

根据结构光测量原理，利用光纤传像束所具有的自由度大、能弯曲及易实现长光路等特点，结合数字条纹投影技术和相移法测量技术，提出了一种新型微三维测量系统．因为从投影仪投射出来的光栅条纹是经光纤传像束及其两端的光学系统投射到被测物体上的。所以与其它同类系统相比，该系统降低了对被测物体方位的要求，从而使测量更加方便。拓展了微三维测量系统的适用范围．构建了测量系统，并对不同对象进行了测量，且重构出了被测物的三维形貌，验证了系统的可行性．     

部分编码结构光三维测量技术的研究

提出了一种部分编码结构光三维面形测量方法,将相位展开技术与条纹编码结合起来,既有效地减少了投影和拍摄的图像数量又提高了相位展开的可靠性.该方法利用部分编码技术对相邻的多根条纹进行整合,减小了条纹密度,然后再对整合后的条纹相位进行展开,最终得到整个图像的相位分布.实验证明,该方法可以较大程度地减少重建所需的画幅数,同时具有良好的精度和可靠性.     

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。     

用“消隐点”法标定线结构光三维视觉传感器

提出了一种以线结构光为基础的三维视觉传感器，并根据所建立的数学模型，结合传感器的实际使用情况，提出用“消隐点”法对该传感器结构参数进行标定，该标定方法装置简单，速度快，在保证精度的同时简化标定的过程实验证明“消隐点”法是一种高效，实用的视觉传感器标定方法。     

基于线结构光的轮廓传感器的研究

自动化生产程度和产品质量的提高，对计量检测手段提出了更高的要求，视觉检测技术的发展适应了这一需求。结构光视觉系统为许多空间三维物体的检测问题提供了可行的解决办法。针对外观轮廓检测的需求，本文研究了一种基于线结构光的轮廓传感器，建立了线结构光垂直投射方式的数学模型，提出了传感器的局部校准方法参数逼近法，以及适应工厂生产环境的整体校准方法，实现了线结构光传感器轮廓传感器。实验证明，轮廓传感器的性能已达到设计要求。本传感器已用于Ａｕｄｉ—１００型轿车白车身的检测。     

对称线性编码的三维轮廓术

提出一种新的三维轮廓术－－对称线编码轮廓术（ＳＬＣＰ），它利用一对称周期线性结构光编码被测物面，并引入相移技术解廓，因而相位求解简单。详细讨论了ＳＬＣＰ的原理，并通过实验验证了其可行性。     

基于线结构光的叶片型面特征检测方法研究

叶片是燃气轮机和航空发动机的核心部件,随着我国两机行业的高速发展,对于叶片在研发、生产和维修等方面全生命周期检测的要求不断提高.光学测量是目前叶片三维形貌高效检测的新手段,但是在测量精度等方面相比传统三坐标测量机仍存在一定局限.该文提出一种基于线结构光的叶片型面特征检测方法,设计开发一套四自由度检测平台,针对基于标定物...     

结构光照明层析多样性表面形貌测量

围绕散射表面和复杂微结构表面形貌高精度测量需求,对基于结构光照明的表面形貌测量技术与系统进行了研究,设计了基于科勒照明结合数字微镜器件调制的具有良好结构光对比度和均匀性的结构光照明光学系统,提出了基于高斯曲线插值的虚拟狭缝SlitMask结构照明共焦层析算法与基于迭代高斯拟合的峰值提取重建算法,建立了结构光照明表面形貌测量系统,利用单刻线对系统进行准确性与重复性测试,结果表明相对示值误差为1.87%,重复测量结果的标准差为0.0014μm。对玻璃多刻线样板和车削表面进行测试,验证了本系统不仅可用于反射表面的测量,还对散射表面具有较好的测量能力。     

光栅投影式三维摄影测量仪的几何标定方法

光栅投影式三维摄影测量仪利用了时域结构光投影技术和立体视觉测量原理获得三维点坐标。针对传统标定方法易受镜头畸变影响和标定约束方程少导致精度下降的问题,采用了非线性的摄像机和投影机模型,并提出了二维的投影机模型;使用多平面法标定了系统测量所需的摄像机和投影机几何参数;为进一步提高参数精度,采用Levenberg-Marquardt算法优化了摄像机和投影机模型。实验结果表明,该方法操作简单,无需精确的位置和姿态调整,标定的绝对精度为0.2pixel,相对精度为1/5000。     

用于内表面测量的圆结构光视觉图像处理方法

简要介绍了用于内表面测量的圆结构光视觉系统,分析了内表面圆结构光视觉图像特征,并给出了干扰光条的产生原因。在此基础上,提出了干扰光条的剔除方法与有用光条图像中心的子像素级提取方法。介绍了基于阶跃边缘轮廓模型的边缘提取方法,该方法采用非线性优化方法进行模型参数估计,具有速度快、鲁棒性强、精度高的特点。     

一种基于传像束的新型微三维形貌测量系统

文章根据结构光的测量原理提出了一种基于传像束的微三维形貌检测系统。充分利用传像束自由度大、能弯曲、易实现长度超过1m的光路等优点，在投射结构光条纹及摄取变形条纹图像时用它来代替传统的光学系统，从而使该系统比一般的微三维形貌测量系统多了内腔测量和远距离测量的功能。文中给出了实验结果，该系统的可行性得到了验证。     

Direct contour generation for structured light system-based selective data acquisition

Recently, structured light system (SLS)-based selective data acquisition, where the complexity of the object surface is analysed before acquiring surface data, has been introduced as an alternative to traditional reverse engineering approaches that normally acquire the point cloud from the entire object surface and perform data reduction prior to model reconstruction. Presented in this paper is an attempt to simplify and to improve the performance of the acquisition part of SLS-based selective data acquisition. Rather than being used to make recommendations to an acquisition device on where to obtain contours, the sets of projected bright line images are used to create contours directly. All contours are assembled by realigning a reference that is explicitly introduced on all images to the known positions. This contour generation has been investigated under both perfect segment projection and SLS projection. Based on the results, an SLS-based contour creation algorithm has been developed, implemented and tested with various samples.     

一种简单的计算机零位光栅设计方法

光栅扭矩传感器采用零位光栅提供绝对零位信号，以防止掉电时数据出错。在零位光栅设计过程中，采用了阈值法，即采用计算机随机产生栅线序列，经计算通过阈值判断以获得所需要的零位栅线序列。该方法可以大大减小编程的复杂性及难度，减小编程量，同时保证设计结果具有光通量大和对比度高的特点，并能满足实际应用的需要。     

双差动快速结构光显微测量方法和系统

快速结构光显微测量技术具有高精度、高效率以及强适应性等特点,广泛应用于微纳检测领域。传统的快速结构光显微测量方法,利用轴向调制度响应曲线的线性区域,通过构建调制度值与实际高度之间的关系来实现三维形貌重建。但是,轴向调制度响应曲线的线性区域很短,传统方法的应用受限于其较窄的动态测量范围。为了克服这一缺陷,提出了一种双差动快速结构光显微测量技术。通过引入两条额外的探测支路构建双差动轴向调制度响应曲线,可以获得更宽的线性区域。在数值孔径为0.9,放大倍率为100倍的显微物镜条件下,其测量范围在仿真分析中可从380 nm提升到760 nm,在实验中可从300 nm提升到600 nm。仿真与实验结果均证明双差动快速结构光显微测量方法的动态测量范围相比传统方法的动态测量范围提升了一倍,有效地拓展了快速结构光显微测量技术的应用范围。     

A general gamma nonlinearity compensation method for structured light measurement with off-the-shelf projector based on unique multi-step phase-shift technology

ABSTRACT

Nonlinearities in the application of fringe projection metrology make it very difficult to acquire perfect 3D data. This paper describes a six-step phase-shifting technique for a structured light measurement system with an off-the-shelf projector. First, the phase error is analysed and a gamma model is established by deriving the relative expression between the wrapped phase and input images. This is then expressed in matrix form to derive a unique solution, which is used for the gamma solver. The complex gamma calibration and projector error compensation can be removed once the gamma value of the off-the-shelf projector has been determined. The ideal model reconstruction results are obtained through simulations and experiments, and the standard deviation of the phase error is found to be only 0.0039 radians. Hence, the proposed method eliminates the nonlinear errors associated with fringe projection technology using existing projectors and improves the overall image reconstruction quality.     

基于结构照明和BP神经网络的三维物体识别

提出一种具有旋转不变性的三维物体识别的新方法,该方法通过结构光照明的方法,使物体的高度分布以变形条纹的形式编码于二维强度图中,由于条纹图包含有物体的高度分布信息,因此对条纹的相关识别具有本征三维识别的特点.旋转不变性是通过BP神经网络实现的.计算机模拟结果表明,用二维强度像的基频分量做训练样本设计BP神经网络,选择训练样本和隐藏层神经元的数目,基于结构光编码的BP神经网络对三维物体具有良好的旋转不变识别效果.