格雷码与相移结合的结构光三维测量技术

提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在（π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中的位置线性映射到投射角空间,对其进行连续划分,从而确定采样点的投射角,最后依据三角法原理实现三维测量。本文具体介绍了编码、解码原理,分析了解码过程中格雷码和相移周期错位问题,并通过判断相邻像素点的格雷码值增加和相位突变是否一致进行了调整,给出了3dsMAX和MATLAB环境下的仿真重构实验结果。     

双目CCD结构光三维测量系统中的立体匹配

在立体视觉中,比较了几种常见立体匹配方法,并针对存在的问题,提出了多种方法融于一体的高效立体匹配方法.首先将计算机构造的用于解相的光栅由投影仪投射到物体上,再将计算机构造的一系列黑白相间的编码光栅也由投影仪投射到物体上;然后将畸变栅线图像由摄像机采集到计算机中,用解相光栅进行解相得到折叠在[-π,π]区间内的相主值,用所述结构光编码方法进行相展开得到相位的周期,二者相加得到真实相位值.利用插值算法将具有相同相位的点拟合成连续曲线,从而实现了两幅CCD图像相同相位曲线的匹配,再根据外极约束条件,得到两幅图像点的匹配.在反向工程中,用该方法对电话接线筒进行三维测量,实验验证了该方法进行立体匹配的高效性和准确性.     

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。     

一种针对投影仪gamma效应的相位误差补偿方法

结构光的相移轮廓法具有非接触和效率高的测量优点,但是,由于投影仪的gamma效应影响,工业相机捕获的条纹像素值发生了畸变,导致计算出的相位值产生误差,降低了测量的准确度。针对这一问题,首先分析了相位误差的数学模型,对模型进行了进一步的研究;然后,利用得到的模型,设计了条纹图像的投射方案,将原条纹移相π/2,计算出原条纹和移相条纹的相位均值作为最终的相位,达到相差补偿的目的。最后,对条纹投射数量进行了优化。实验结果表明,所提方法无需计算畸变的γ值。相位补偿后,均方根相位误差降低了45.7%。     

双孔载频剪切散斑干涉法测量表面动态形变

为了精确地测量物体表面的动态形变并得到形变高度和梯度信息,提出了一种基于双孔衍射结构的空间载频剪切散斑干涉法.该方法采用双孔产生固定的载频条纹,利用双旋转光楔实现剪切量的连续调节,采用正弦拟合算法进行相位计算.首先,分析了双孔调制的相位载频与双孔距和像距之间的关系,讨论了双旋转光楔得到线性剪切量调整的实验参数.然后,设计了测量光路参数;采用孔距为3.8 mm的双孔径配合焦距为80 mm的成像镜头在物距为300 mm时得到了载频为π/2的散斑场.最后,对动态形变的薄金属板进行了测量.实验结果表明:配合实时图像处理系统,该方法可以在帧率为15 frame/s的采集速度下实现动态形变的测量与显示,可测形变峰值为0.11～1.15 μm.本系统结构简单,易于集成,适用于动态形变的实时检测.     

莫尔相移测偏技术中的计算机图像处理

介绍了利用莫尔相移测偏法进行非球表面三维形貌测量的检测技术，提出了一种含有2π断层的相位图的滤波及其快速相位展开的新方法，并给出计算机图像处理方法和实验结果。     

基于多频外差相移结构光的三维测量系统

基于相位投影和双目视觉的三维光学测量系统已经广泛应用于各领域。系统通过平板标定技术得到摄像机的内参和外参;针对格雷码与相移结合技术在测量物体边缘位置解相位误差大的问题,采用多频外差原理的测量方式,使用拟合负指数求解像素点的绝对相位,使用对极几何进行亚像素立体匹配。实验证明:该系统可以完成复杂面型测量并且获得高精度点云数据,测量标准偏差为0.03 mm。     

基于同步检波的单通道磁感应成像技术研究

磁感应成像在医学领域的应用,由于生物组织的电导率非常小,需要一种测量相位精度高的系统才能满足应用需要。描述了一种基于同步检波的单通道磁感应测量系统,来测量微小相位变化。系统使用模拟开关代替模拟乘法电路,减少直流漂移,增加电路的动态范围。电路中引入了模拟的相移电路,使参考信号和与检测信号相位正交,提高相位测量的灵敏度。研究了单通道系统的稳定度和灵敏度,通过实测电路,该测量系统在1 min内的相位漂移0.001 5°,在1 h内的相位漂移0.006°;并给出电导率变化相应相位变化关系。     

基于E-SPCM的直线电机动子位置高精度测量方法研究

针对直线电机动子位置测量,引入一种基于扩展采样相位相关法(E-SPCM)的亚像素位移图像检测方法,以提高测量精度和抗干扰性。首先建立了直线电机位置检测系统,通过高速相机实时采集条纹图像序列;其次对条纹图像进行边缘特征提取,利用相位相关得到相邻条纹图像的互功率谱,即动子位置的整像素位移;进而对整像素邻域的互功率谱进行上采样相位相关计算,实现高精度的亚像素位移测量,进一步由系统标定得到实际位移值。对比传统相位相关算法,所采用的方法能够提高测量精度且有很好的噪声抑制性能,最后搭建了实验检测平台,验证了算法的有效性。     

高精度动平衡测量中自适应滤波技术的应用研究

针对动平衡测量中的具体实践，发展了一种能够在强变频率结构背景噪声干扰下确保高精度提取幅值和相位的自适应消噪方法。同时提出了分段变步长的策略和初始值选取措施，使该方法具有较高的效率及可靠性。实验结果和在实际动平衡测量系统上应用表明：该文所发展的方法适合动平衡测量应用，完全满足精度和实时性的要求，具有较高的实用价值。     

曲轴连杆颈相位角测量误差研究

六拐曲轴连杆颈相位角呈120°分布,其回转半径和相位角误差要求都比较严格而现行的测量方法存在一定的问题．尤其是回转半径的误差对相位角的测量带来较大的影响：本文对目前曲轴相位角测量方法进行了误差分析,并提出一种测量误差的消除措施。     

基于窗口傅里叶变换的线性相位误差抑制

在窗口傅里叶变换(WFT)相位提取技术中,抑制线性相位误差和背景光强干扰对窗口尺寸的需求条件存在矛盾,无法对二者进行同时抑制,故提出一种通过改变输入信号频谱成分的线性相位误差抑制技术,该技术利用傅里叶空频分析法将输入信号进行背景光强滤除并保留基频成分,使测量结果不受背景光强影响;考虑到线性相位误差同样受到窗口尺寸选取的影响,通过仿真分析确定最优窗口尺寸判定依据;采用该方法重构抛物面形并以相移干涉技术所获面形结果为基准进行对比分析,结果表明,本文提出方法可实现线性相位误差与背景光强干扰的综合抑制效果并提高了传统WFT相位提取精度。     

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。     

相差式测量仪表零点误差的分析

本文在典型的相差式测量仪表基本结构的讨论基础上,分析了电路系统中两信号通道模拟单元相位特性的差异以及数字单元中转换环节等在时间动态特性上的非一致性,从而揭示这类仪表零点误差的来源,形成及特点。本文的工作为研究在线自动校正技术提供了重要的依据。     

干涉图去包裹位相的二次校正

相位去包裹是移相干涉技术中关键的组成部分。一些去包裹算法在处理具有较多无效成像点的干涉图时，会在处理结果中引入较大的算法误差。提出了通过对去包裹位相进行二次校正的方法，实现去包裹位相算法误差的有效消除。文中通过基于DCT变换的最小二乘去包裹算法为例进行了说明，并通过一光学平晶表面的处理结果对方法进行了验证。     

曲轴连杆颈相位角测量仪的设计及应用

传统曲轴连杆颈相位角检测方法,由于其通用性差、检测效率低、误差大等原因,不能满足曲轴大批量生产时的需要。对传统曲轴连杆颈相位角的测量方法进行了误差分析,提出了一种测量误差小、检测效率高的新型数显测量仪,并介绍了其结构原理和使用方法。     

基于主轴回转运动误差在线检测的二次相移三点法

提出了一种基于数据重组和反滤波的二次相移三点法圆度误差分离技术,可以先行分离出主轴的回转运动误差,从而能够实现运动误差的在线检测.通过对三个传感器的测量数据按照二次相移原则进行数据重组,可以在数据处理的首次操作时消除圆度形状误差的影响,从而在二次操作时先行得到运动误差.权函数的对比分析表明该方法与圆度三点法在本质上的同源性和统一性.仿真与实验结果均表明:该方法可以先后分离出运动误差和形状误差,具有良好的分离效果.     

Time domain averaging based on fractional delay filter

For rotary machinery, periodic components in signals are always extracted to investigate the condition of each rotating part. Time domain averaging technique is a traditional method used to extract those periodic components. Originally, a phase reference signal is required to ensure all the averaged segments are with the same initial phase. In some cases, however, there is no phase reference; we have to establish some efficient algorithms to synchronize the segments before averaging. There are some algorithms available explaining how to perform time domain averaging without using phase reference signal. However, those algorithms cannot eliminate the phase error completely. Under this background, a new time domain averaging algorithm that has no phase error theoretically is proposed. The performance is improved by incorporating the fractional delay filter. The efficiency of the proposed algorithm is validated by some simulations.     

IMPROVED QUANTITATIVE FEEDBACK THEORY TECHNIQUE AND APPLICATION TO THREE-AXIS HYDRAULIC SIMULATOR

In order to meet tracking performance index of three-axis hydraulic simulator, based on classical quantitative feedback theory (QFT), an improved QFT technique is used to synthesize controller of low gain and bandwidth. By choosing a special nominal plant, the improved method assigns relative magnitude and phase tracking error between system uncertainty and nominal control plant. Relative tracking error induced by system uncertainty is transformed into sensitivity problem and relative tracking error induced by nominal plant forms into a region on Nichols chart. The two constraints further form into a combined bound which is fit for magnitude and phase loop shaping. Because of leaving out pre-filter of classical QFT controller structure, tracking performance is enhanced greatly. Furthermore, a cascaded two-loop control strategy is proposed to heighten control effect. The improved technique's efficacy is validated by simulation and experiment results.     

拼接干涉测量技术

利用相关拼接技术实现光学波面检测，可以用较小的测量口径实现较大面积的测量，并保持高的测量精度、高的空间分辨率和系统的低成本。获得高精度的子孔径波面分布和有效的拼接方法是这一技术的关键。简述了采用相移技术测量子孔径波面的关键技术。两个子孔径之间的拼接是比较容易的，但采用两两拼接的方法会有很大的误差累积。因此采用了具有误差均化作用的拼接方法，该方法本质上是一种并行的方法。文中简述了该拼接方法的数学模型和求解方法。最后给出了拼接的实测结果。