面向层绞光缆形变检测的空间曲线重建研究

层绞式光缆广泛应用于电信、传感、工业监测等领域。研究层绞光缆的三维形状重建算法，对于光缆维护、断点查找、建筑物沉降监测、形变感知等具有重要意义。提出了一种层绞光缆三维形状重建算法，利用分布式光纤应变传感技术，测量光缆内对称纤芯的空间应变分布，根据纤芯的应变分布、几何排布，计算光缆等间隔离散截面的宏观形变（弯曲、扭转）。进一步地，根据宏观形变，利用Frenet框架进行光缆空间坐标的解算，最终获得三维形状信息。为验证所提算法的有效性，使用软件SOLIDWORKS对整个形状重建过程进行了仿真分析。仿真结果表明，在应变测量间隔10 mm的测量条件下，该算法可以重建300 mm光缆的三维形状，光缆末端绝对误差不超过2.61 mm。     

基于双声光偏转器的变频三维数字成像

提出了一种基于双声光偏转器的时序变频三维数字成像系统.此系统可以实时产生并投射具有不同空间频率的条纹结构光序列照明被测物体,可以以视频速率完成任意形状物体的三维传感.整体系统采用全固态结构,无任何机械运动部件,具有高精度、全场测量、动态可编程、普适性好等特点.给出了该三维数字成像系统对一个台阶状物体形貌测量的应用实例.结果证明DAOP对于解决具有复杂几何形状或拓扑结构物体的三维形貌测量问题是一种有效技术.     

牙冠表面三维光学测量和重建方法

选取光栅变形条纹直接分析方法,采用自制的牙冠表面形状三维测量仪和精密可调转台获得了上颌中切牙和下颌磨牙牙冠各个面的三维测量数据,将各面数据在UniGraphic软件平台上通过旋转坐标拍的方法实现数据拼合,重建了牙冠表面的三维形态,生成了牙冠实体模型。     

用投影光栅法测量三维物体表面轮廓形状的评述

从相位的调制与解调角度出发，综述用投影光栅法测量三维物体表面轮廓形状的几种方法：莫尔拓扑法、傅里叶交换轮廓法和相位步进解调法，同时讨论各种方法的优点和不足。     

彩色复合条纹投影测量系统串扰消除方法

由于从一个彩色图像中可以提取多个条纹,复合条纹投影技术在三维测量领域得到了广泛的研究和应用。为了覆盖所有的光谱范围,投影和成像系统颜色通道间存在着串扰,从而改变了条纹的形状,最终影响三维数据测量的精度。综述了彩色复合条纹投影三维测量系统中颜色通道间串扰的补偿方法。针对彩色条纹投影系统中相机和投影仪颜色通道间的串扰问题,分析了其形成原因。对彩色条纹投影三维测量系统的串扰消除方法进行了分类和总结,并具体比较了各种方法对串扰消除的效果。所综述的方法对选择合适的串扰消除方法、提高彩色复合结构光投影三维测量系统的精度具有重要的应用价值。     

光栅投影式三维肖像测量的关键技术

提出了一种在光栅投影式三维肖像测量系统中光栅投影平面的标定方法,讨论了该方法在应用中需要注意的问题。根据光栅投影式测量系统所获取的三维点群的特点,提出了基于线状分布的对三维测量点群进行曲面重建的方法,在对人物肖像的拟合应用中,既可确保所生成的三角形片形状良好,又可避免三维点的遗漏、曲面裂缝或形成孔洞,生成的三角片所逼近的人物肖像具有很好的连续性和光顺性。     

基于光学三维形貌数字重建的不规则表面的参数测量

针对不规则形状物体表面参数测量困难的问题,提出了一种利用光学三维形貌数字重建技术来获取待测物体表面三维数字信息的方法。首先利用傅里叶变换得到反映三维物体表面高度的相位数据,在计算机中重建三维待测物体,然后再利用Matlab软件编写面向用户的人机交互界面,通过计算机鼠标指定待测量的表面区域,最后运用Matlab软件对鼠标所指定区域的三维数字信息进行处理,根据几何关系计算出指定区域的表面积、两点间的曲线长度等参数,实现人机交互式的非接触测量。     

反射光偏振特性分析与物体形状的测量

基于反射光偏振特性,提出了利用图像处理技术测量透明物体三维形状的理论和方法.分析了物体表面反射光的偏振特性,表明自然光在经透明物体表面反射后,反射率随光的振动方向不同而不同,即反射光表现出部分偏振光的特性.研究了强度反射率与入射角以及光强与偏振片方向之间的函数关系,得到了光强大小与入射面方向的关系;根据偏振度概念并结合菲涅耳公式和折射定律,建立了偏振度和入射角之间的表达式,可求得物体表面法线方向,进而得到透明物体的形状.研制了光学实验平台,获得了物体反射光的偏振图像,经过图像处理,获得了被测物体的三维形状.实验结果表明,这种方法对透明物体形状测量是有效和实用的.     

彩色三维激光扫描测量方法的研究

提出了彩色三维激光扫描测量方法，即在单色三维激光扫描测量数据上贴合彩色的数字图像。给出了单色三维测量模型——三维光平面方程测量模型，提出了全新的测量系统参量的快速标定方法，并制作了标定靶标。给出了物体三维数据和颜色信息的贴图技术。利用所研制的装置对招财猫模型进行了实验测量，得到了满意的结果。     

基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术

光纤形状传感技术能够测量姿态、取向、径迹以及位置等三维空间信息,在精准介入医疗、变体飞行器以及连续体机器人等领域具有广泛应用前景。光频域反射仪具有高空间分辨率和分布式测量等特点,相较于光纤光栅的波分复用技术,在提高形状传感空间分辨率、形状重构精度以及传感长度等方面具有明显优势。在阐明光频域反射仪分布式应变传感原理的基础上,建立了弯曲形变与应变以及光纤瑞利散射光谱波长漂移之间的物理关系,同时构建了弯曲大小、弯曲方向以及挠率与空间曲线局域标架三个正交分量的数学关系,最后采用切向分量的线积分实现光纤三维形状重构。实验设计并制备了一种基于镍铬形状记忆合金丝与三根光纤束封装的形状传感器,其二维、三维形状末端的平均最大误差为传感器总长度的0.58%和3.45%。     

Dynamic 3-D shape measurement method based on FTP

In this paper, we propose a method for dynamic three-dimensional (3-D) shape measurement based on Fourier transform profilometry. A sequence of dynamic deformed fringe images can be grabbed by a CCD camera and saved on a disk rapidly. By a Fourier transform, filtering and inverse Fourier transform, a sequence of phase-maps can be obtained. By unwrapping these phase maps in 3-D phase space, we can obtain the shape of the dynamic object at different times. In this paper we also propose the algorithm of a phase difference between two deformed fringes, and the 3-D phase unwrapping method based on the phase difference algorithm. The computer simulation and experiment results show that this method can efficiently deal with the dynamic 3-D shape measurement.     

结构光三维物体面形实时测量系统

本文基于结构光投影方法提出了一种新的三维物体面形重建方法,并建立了三维物体面形实时测量系统,系统用硬件电路实现结构光峰值提取,然后由软件对畸变光条峰值分布进行总体面形拟合处理。处理中,可以获得物体在视场内附加了一个倾斜面的三维物体面形分布。物体实际面形可以通过减去这个附加倾斜面而获得。     

利用莫尔条纹测量物体三维形貌新方法研究

提出了以计算机控制光栅产生莫尔条纹来测量物体三维形貌的新方法.利用计算机控制空间光调制器（Space Light Modulator,SLM）产生可控制幅度及位相的理想光栅,将平行光波投影到待测物体上,其反射光通过参考光栅形成莫尔条纹,利用CCD接收并进行数字图像处理,恢复出待测物体的三维形貌.对此方法进行了理论分析,推导了变形莫尔条纹与待测物形貌变化的关系式.利用MATLAB对此关系式进行仿真计算,其准确度可达0.011 μm.     

全息模拟再现像的三维重构

提出一种全息模拟再现像的三维重构方法，可以模拟再现得到三维再现像.计算机模拟再现许多幅在不同深度位置的二维光强分布；利用灰度级变化的聚焦度评价方法，通过寻找最大聚焦度值，确定再现三维像各像点的深度信息.实验证明,该方法能实现模拟再现像的三维重构，使数字全息术有希望成为一种全新的三维面形检测技术.再现像三维重构的实现可以更客观地对全息图进行像质评价，并验证计算机制全息术算法的正确性.     

Automatic fringe analysis for moiré topography

Two digital systems are developed for the automatic measurement of 3-D shapes using moiré techniques—an automatic 3-D shape measuring system using the scanning moiré method and an interactive fringe analysing system for moiré fringe photographs. In the automatic 3-D shape measuring system, a deformed grating is scanned and sampled with an electronic image scanning device so that moiré fringes are generated in a computer. This technique of electronic fringe generation eliminates ambiguity with regard to the sign of the moiré fringes. The interactive fringe analyser provides a flexible and versatile tool for moiré fringe analysis. Medical applications of these analysing systems are discussed.     

用条纹图形拼接法测量三维大物体面形

三维物体面形的测量在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量却存在着许多困难，诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理的测量三维大物体面形的方法：条纹图形拼接法，给出了数学模型、计算机模拟结果和实验结果。     

三维静电场线性插值边界元中的解析积分方法

提出求解三维静电场的三角形线性插值边界元解析积分方法.针对含1/R和1/R²的积分项,将单元形状函数分解为常数项、含x的线性项和含y的线性项,从而将边界单元积分简化为6个基本积分组合,并导出其解析计算公式,避免了因形状函数改变而导致的重复计算.该方法不仅可以准确计算远离奇异情况下的边界元积分,而且可以准确计算一阶和二阶接近奇异积分以及一阶奇异积分.计算结果表明,在接近奇异积分和奇异积分比较突出的问题中,当数值积分方法不能给出正确结果时,用同样的边界元网格,解析积分方法可以给出正确的结果,提高了三维静电场线性插值边界元法的计算精度.     

基于数字彩色结构光投影的唇动三维测量

提出了基于数字彩色结构光投影的动态三维测量轮廓术,用于人在讲话过程中嘴唇的三维测量。介绍了彩色编码轮廓术的基本原理,再通过分色和条纹细化处理,实现了对动态不连续嘴唇的测量。实验验证了测量方案的有效性。     

高速投影云纹技术的计算机数据处理

本文采用数字图象处理技术,最小二乘法曲线拟合原理和计算机图形学原理,对铝板在点爆驱动下的高速云纹图象(拍摄频率为5×10⁴ps)进行计算机数据处理, 重建了铝板在不同时刻的三维形状, 并使高速投影云纹技术的测量精度达到了±5%。     

预成像数字全息测量大物体三维形貌

为了扩大数字全息三维形貌测量的视场,提出了一种预成像的方法.物体先被成像镜头成一缩小的实像,再使用离轴菲涅耳数字全息对此实像进行全息记录.采用倾斜照明光的方法使两次数字全息的再现像之间产生相位差,通过相位去噪和去包裹处理从相位差中提取物体的三维形貌数据.实验证明,预成像方法使测量视场的大小得到了至少一个数量级的提高,采用离轴菲涅耳数字全息降低了测量系统对环境稳定性的要求.