3D形貌测量中一种基于主成分分析的单帧投影栅算法

将主成分分析(PCA)引入投影栅形貌测量中,提出 了一种基于PCA的单帧投影栅算法。由计算机生成正弦条纹图,利用DLP投影仪投影到 被测物体表面,由CCD相机采集受物体 形貌调制的畸变条纹图并保存在计算机中进行处理。首先由采集的变形条纹图构成5帧 空域相移图;然后将多帧相移条纹图分解成不相关的主成分,由第1和第2主成分利用反正 切函数计算得到变形条纹相位信息;最后根据条纹相位的单调性,采用聚类分析法确定相位 全局符号。实验结果表明,本文算法无需确定相移量就可直接解调出与物体形貌对应的相位 数据,运算速度快,测量精度高,适用于在线三维形貌测量。     

绝对相位展开方法研究

提出一种新光学三维传感方法。该方法通过投影多组周期不同的正弦光栅条纹到被测物体表面,通过相移算法,反解各组投影条纹的截断相位,并采用所提绝对相位展开方法,对截断相位进行了解调,实现了对物体表面的测量。与双频光栅投影测量方法及传统时间相位展开方法相比,该方法投影条纹组数灵活、测量效率高,实验证明该方法的适用性。     

基于线性相位FIR滤波的三维曲面的光学检测

利用一组规则机线投影到物体表面的畸变光珊，采用线性相位ＦＩＲ滤波技术解调出含有物体表面高度信息的相位。建立了一种较二维ＦＦＴ法更快，精度较高的光不检测技术。该技术只需采集一幅图象，不需要确定条纹级次，不存在“凹凸模糊”的问题。本文给出了一个典型试件的实验结果及分析。     

相位测量偏折术中基于多频相移法的寄生反射抑制法

相位测量偏折术(phase measuring deflectometry,PMD) 是一种针对镜面和类镜面物体的光学三维面形测量技术。但在测量透明物体时,后表面反射光将与前表面反射光混合,从而造成条纹图案混叠,进而引入测量误差。为解决这一问题,本文提出了一种基于多频相移法的后表面反射抑制方法。通过分析相位误差与条纹频率之间的关系,并借助调制度曲线和构造的辅助函数,找到一个特殊的频率,理论上该频率下展开的连续相位等于前表面的相位。又由于透镜的复杂性,利用时间相位展开算法逐频展开的连续相位存在级次计算错误,为此提出了改进算法实现级次校正,进而得到该频率下的屏幕坐标,最终完成前表面面形的准确重建。透明镜片的实测结果表明,所提方法能从混叠条纹中顺利解调出前表面相位。     

非定步长算法在复杂曲面形貌测量中的应用

通过实验，把非定长算法应用于复杂曲面形貌解调中进行了实际处理。实验结果表明：该算法对于存在盲区和孔洞变形栅的处理过程中，能够准确地解调出相位。     

相位解调实现低频水表面声波振幅探测

为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面声波的准确识别。在实验室环境下搭建了一套水表面声波探测系统,实验结果表明:该方法对水表面声波微振幅的测量重复性不超过1 nm。同时该系统能够实时跟踪水下声源的变化,对幅度受到正弦调制的水下声源信号进行了水表面声波振幅检测,实验结果证明了该方法识别时变声信号的正确性。     

无相位去包裹的微分法三维形貌测量

提出了一种无需相位去包裹的微分算法,应用于 投影栅三维形貌测量。首先由计算机设计并生成 4幅四步相移正弦条纹图,利用DLP投影仪将其投影到待测物体上;然后由CCD相机采集受待 测物体面型调 制的变形光栅条纹图。再利用4幅四步相移变形条纹图,经数值运算求得沿水平和垂直方 向上待测物体 相位的偏导数,而相位偏导数的积分过程相当于求解泊松方程,于是利用离散余弦变换(DCT )求解泊松方程就可得 到待测物体三维形貌对应的相位数据,从而重构待测物体的三维形貌。测量结果表明,相位 解调的 标准差小于0.031rad,验证了本文方法的有 效性。     

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。     

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。     

一种新的三维面形测量方法

当一正弦光栅被投影到物体表面时，光栅条纹发生变形，物体表面的高度信息就转变为变形光栅图的相位分布。本文提出了一种新的、简单的、但又非常有效的方法进行了相位解调，并转化为物面高度信息。     

Profilometry with Grating Projection Based on One—step Phase Shift

An optical technique for 3-Dshape measurement is presented.This technique,based on a deformed projected grating pattern which carries 3-D information of the measured object,can automatically and accurately obtain the phase map of a measured object by using one-step phase shift algorithm.In comparison with traditional phase-shift technique,the echnique is much faster,with the equivalent accuracy.Only one frame image is sufficient for measuring.Experimental result of typical object is presented.     

Lnear Phase FIR Filter on Measuring 3—D Surface

An optical technology for 3-D surface measurement is se up.The technology,based on a deformed projected grating pattern which carries the 3-D information of the measured object,can automatically and accurately obtain the phase map of a measured object by using a linear-phase FIR filter.In contrast to the 2-D fast Fourier transform technique,it‘s more than fast.Only one image pattern is sufficient for measuring .The phase map can be processed without assigning fringe orders and making distinction between a depression and an elevation.Theoretical analysis and experimental result are presented.     

Linear Phase FIR Filter on Measuring 3-D Surface

ＬｉｎｅａｒＰｈａｓｅＦＩＲＦｉｌｔｅｒｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇ３－ＤＳｕｒｆａｃｅ①ＷＡＮＧＹｕｎｓｈａｎ，ＹＡＮＧＦｕｊｕｎ，ＬＩＷｅｉ（ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ...     

基于灰度拓展复合光栅的单帧三维测量方法

提出了一种基于灰度拓展的单帧正交复合光栅三维测量方法。由于受商用DLP最大灰阶动态范围256的标准限制,单帧复合光栅中的多张调制光栅共享256灰阶动态范围导致其对比度变小,其表征的三维物体的相位信息被压缩,解相过程出现相位断裂现象,测量误差增大。采用时分复用原理,将一具有766灰阶的正交复合光栅拆分为三幅不同的具有256灰阶的条纹图。依次序加载进循环播放的视频中投射至待测物体表面,当用曝光时间为3倍视频刷新周期的整数倍10 bit CCD采集时,就可采集到具有766灰阶动态范围的变形复合光栅像。通过滤波和灰度校准等计算后,物体的三维面形能够完整而精确的重建。经仿真和实验验证,所提方法打破了DLP256灰度投影的限制,有效提高了相移变形条纹的动态范围,增大了被测物体细节信息,避免了相位展开环节相位断裂而引起物体面形重构不完整的现象。     

基于空间光调制器的多强度测量相位恢复方法

提出了一种基于相位型空间光调制器（SLM）的相位恢复方法。利用相位型SLM快速准确的相位调制特性,对待测物体的物光波前进行相位调制。每次相位调制后,在物光波的频谱面记录下强度分布。运用GS迭代算法,通过频谱面光强信息反演出相位信息,并且提出了内-外层迭代的思想,进一步提高了相位恢复精度。对一维相位光栅进行了相位恢复试验...     

相移量校准提高正交复合光三维测量的精度

由于滤波过程的影响,从复合半纹像中解调出的各帧变形条纹间的相移量发生了改变,采用传统正交复合i维测量方法中的相位算法进行解相会导致较大的相位误差,提出一种对条纹间相移量进行校准以提高正交复合光三维测量精确度的标定方法.首先从参考平面的复合光栅像中解调获得各帧相移正弦条纹,通过频域滤波的方法获取条纹的基频分量,计算出各帧...     

基于结构光投影的三维物体识别

本文提出了一种三维物体识别的新方法,将一正弦条纹投影到物体表面,摄像机得到的是有变形条纹的二维强度像。取出有变形条纹的二维强度像的基频分量的位相部分构造一个纯相位数字滤波器,以受到不同物体表面高度调制的有变形条纹的二维强度像作为输入图像,在频域中完成基频分量之间的相关,最后根据输出的相关峰值大小即可判别不同的物体。     

动态三维面形测量的研究进展

近年来,光学非接触三维面形测量技术被深入研究和广泛应用,其中常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面,利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像,再从中解调重建出被测物体的三维面形分布。与单帧图像的傅里叶条纹分析方法相结合,这种基于条纹投影的调制和解调技术被拓展应用到动态过程(物体)的三维面形测量和重建中,以满足日益增长的动态过程分析需求。回顾了近年来在基于条纹投影和傅里叶分析的动态过程三维面形测量以及薄膜振动模式检测研究中的进展,讨论了不同动态过程的测量方法和测量系统,给出了相关应用的实验结果。讨论了该技术的优点和面临的挑战,并指出了该领域今后的发展动向。     

利用数字全息和相位恢复算法实现信息加密

提出了一种基于数字全息技术和相位恢复算法的信息加密方法。运用相位恢复算法得到数字全息图的纯相位频谱分布,实现了对全息图的加密;对纯相位频谱分布实施逆傅里叶变换(IFT)则可以得到解密后的全息图。利用菲涅耳近似法和卷积法对解密后的全息图进行数字重构得到了再现像。该加密方法区别于常用的随机相位加密方法,不再需要制作随机相位板。实验结果表明,该加密方法既适用于对二维图像加密,也适用于对三维物体进行加密。