一种无需滤波的复合光栅投影的在线三维测量方法

针对流水线上在线运动的刚性物体,投影复合光栅可以解决像素匹配和相位展开对条纹频率不同需求的矛盾,但在相位计算时,需对复合光栅进行滤波,该过程会降低重构精度。基于Stoilov算法,提出一种无需滤波的复合光栅投影的在线三维测量方法,设计复合条纹使低频条纹相移方向与被测物体的运动方向平行,像素匹配后被测物体的运动被转化为低频条纹的相移;高频条纹相移方向与被测物体运动方向垂直,像素匹配后各帧变形条纹图中高频条纹的光强分布完全一致,可直接进行相位计算,避开了因滤波造成的精度损失。同时在复合光栅中高频条纹的强度远低于低频条纹,故可将其看作微弱的背景光,保证了在线三维测量的精度。通过仿真与实验验证了该方法的有效性。     

相移正交物体运动方向的在线相位测量轮廓术

提出了一种新型的基于相位测量轮廓术(PMP)的在线三维检测方法.只需要使投射的条纹相移方向与物体移动方向垂直,尽管由于物体运动使CCD采集变形条纹中物体坐标不一致,但通过像素匹配,可以使各帧图像物点坐标一一对应,得到与传统静态PMP等效的相移条纹图,即可重构出物体,实现在线三维测量.对一实平面进行了在线与静态PMP测试对比实验.结果显示该在线PMP方法与传统静态PMP方法的均方差之差仅为0.007mm,表明该在线PMP方法具有高精度性;对一实物进行了在线测试实验,很好地重构出了被测物体的三维轮廓,从而验证了该方法的可行性和有效性.     

一种采用相位测量轮廓术的工件在线三维检测方法

提出了一种基于相移轮廓术在线检测工件三维信息的方法.利用计算机编程产生的一固定正弦光栅图通过数字投影机投射在流水线的一段区域,无需专门的相移装置,当物体在线移动穿过此区域时,使用计量光栅等距离定位发信,控制CCD采集五帧变形条纹图,并采用具有一定特征的标记实现五帧变形条纹图间的亚像素级像素匹配,提取相移变形条纹图,由Stoilov算法计算,得到工件表面截断相位,展开后可得到物体表面三维信息.实验验证了其可行性.     

基于SURF算法的在线三维测量方法

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点,实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上,使投影光栅线垂直运动方向,当物体每移动相同的距离,由CCD采集到相应的变形条纹图,从中提出对应的背景光场,借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配,即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图,从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性,并与在线FTP方法进行了比较,所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一,均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.     

高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术

为了实现高速旋转工件的在线三维面形检测,提出一种高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术(PMP)三维测量方法。利用圆形正弦光栅替代线形正弦光栅,采用高密度二元编码光栅替代灰度编码光栅,设计专用频闪同步控制单元同时触发投影系统频闪投射相移光栅和图像采集单元同步获取图像,获得物体在同一"冻结"位置下的相移变形条纹后,采用静态PMP相移算法重建物体的三维面形信息。实验结果表明,该方法具备可行性和实用性,可有效避免工件离线检测时多次装夹不一致引入的加工误差,能够提高工件的检测效率和加工效率,可用于其他高速旋转物体的三维面形重建。     

一种无需标记的在线三维测量方法

提出了一种无需标记的物体在线三维面形测量方法。将一固定的正弦条纹投影到待测运动物体上,借助物体运动产生等效的相移变形条纹。基于傅里叶变换轮廓术的调制度对各帧变形条纹计算,提取其具有某一特定分布的特征区域,采用相关度最大法,检测各帧变形条纹对应的调制度特征区域的位移量来检测出物体的移动,从而实现像素匹配,得到一组像素坐标完全一一对应的等效相移变形条纹图。利用Stoilov相移算法得到物体的截断相位,利用位相展开算法展开位相,通过位相和高度映射即可实现在线移动物体的面形测量。通过计算机仿真验证了该方法的可行性。     

基于正弦光栅调制的相位恢复

提出一种基于正弦光栅调制的相位恢复方法.首先,在空间光调制器上加载两个不同方向的正弦光栅对光场复振幅进行调制;然后,推导强度信息和相位偏导数之间的关系式;最后由强度信息计算相位偏导数,进而恢复相位.实验分别测试了该方法对简单图像、复杂图像以及含噪声图像的恢复能力.实验结果表明,该方法可以通过方便地控制图像移动量来有效恢复相位信息,适用于不同尺度的相位物体的计算.     

光学相关论题 自适应光学

O439∥TN206 2007054987基于主动条纹偏折术的透明相位物体波前测量方法=Wavefront measurement for transparent object by activedeflectometry[刊,中]/刘元坤(四川大学光电科学技术系.四川,成都(610064)) ,苏显渝…//中国激光.? 2007 ,34(4) .? 515-518采用主动条纹偏折和相移技术提出一种新的相位物体波前测量方法。在已标定的摄像机系统中,通过相移和移动条纹显示屏可精确测量相位物体引起的成像光线偏折,从光线偏折分布中提取波前梯度分布,进而计算出待测波前分布。在液晶显示屏上分别显示水平和垂直两个方向的正弦灰度调制条纹图,…     

基于调制度层析的在线三维测量方法

调制度反映相位展开可靠性的程度,与物体本身灰度和形状有着紧密的关系,因此可作为测量的特征标记。提出了一种采用调制度层析实现在线三维测量的方法。通过投影一固定的正弦条纹到待测运动物体上,借助物体运动可产生等效的相移变形条纹。利用基于傅里叶变换轮廓术调制度模型计算各帧等效的相移变形条纹的调制度,并采用层析方法从各帧调制度分离出反映待测物体的调制度层析特征,以该层析信息作为特征模板,实现像素匹配,从而获取各帧具有一致像素坐标的等效相移变形条纹,实现在线移动物体的三维面形测量。实验证明了该方法的可行性和实用性。     

基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法

物体的运动使变形条纹图中物体像素点不对应,因此需要对物体做像素匹配。提出了一种基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,CCD同步采集相同步距时刻受物体调制的变形条纹图。采用傅里叶变换轮廓术(FTP)方法对采集的变形条纹预测物体不同位置的相位信息,并以该相位信息的特征做像素匹配,实现了物体在各帧条纹图中的像素一一对应,同时匹配后的变形条纹产生等效的等步相移,进而采用等步长相移算法来重构在线运动物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性和可行性。同时,与在线FTP方法进行比较,在线FTP方法和本文方法的均方根误差分别为1.013mm和0.024mm,表明该方法对在线三维测量具有较高的测量精度。     

On-line phase measuring profilometry based on phase matching

On-line phase measuring profilometry based on phase matching is proposed. While just one fixed sinusoidal fringe is projected on a measured object moving with the pipeline, deformed patterns modulated by the object moving at the same distance moment are captured synchronously by the CCD camera. The phase information of the object in those captured deformed patterns can be predicted using FTP method to assist the pixel matching so as to realize the point-to-point correspondence of the object in the captured deformed patterns. Meanwhile, the equivalent phase-shifting deformed patterns can be extracted. So the three dimensional shape of the object can be reconstructed successfully with an equal phase-shifting algorithm. Numerical simulation and experiments show feasibility and validity of the proposed method.     

偏转平台剪切电子散斑干涉相移技术研究

在沃拉斯顿棱镜作为剪切器件的传统剪切散斑干涉术中,由于错位的二物光束同光路传播,很难通过将它们分开来引入附加相位的方法实现相移。本文提出的偏转平台法是利用平台上物体的偏转来引入附加相位的,从而可以实现剪切电子散斑干涉的相移。理论分析证明,物体的偏转可以引入稳定、线性的附加相位,并给出了物体偏转角度与附加相位之间的关系式;利用周边固定、中心加载圆盘进行了典型实验,给出了实验结果,证明偏转平台相移技术能够有效地从干涉条纹中提取位移导数信息。     

A three dimensional on-line measurement method based on five unequal steps phase shifting

A three-dimensional on-line measurement method based on five unequal steps phase-shifting with phase measuring profilometry is presented. While only one sinusoidal grating pattern is projected onto the measured object moving with the pipe-line, five arbitrary deformed patterns are captured by CCD as the measured object moves within a duty cycle of the grating pattern. The modulation distribution based on Fourier transform profilometry is introduced to realize pixel matching so as to calculate the corresponding equivalent shifted phase on the deformed patterns. A five unequal steps phase shifting algorithm is developed, which is suitable for non-uniform motion of the pipeline. The experiments verify its feasibility and validity.     

On the horizontal wobbling of an object levitated by near-field acoustic levitation

A circular planar object can be levitated with several hundreds of microns by ultrasonic near-field acoustic levitation (NFAL). However, when both the sound source and the levitated object are circularly shaped and the center of the levitated object does not coincide with the source center, instability problem often occurs. When this happens, it becomes difficult to pick up or transport the object for the next process. In this study, when the center of the levitated object was offset from the source center, the moving direction of the levitated object was predicted by using the time averaged potential around the levitated object. The wobbling frequency of the levitated object was calculated by analyzing the nonlinear wobbling motion of the object. It was shown that the predicted wobbling frequencies agreed with measured ones well. Finally, a safe zone was suggested to avoid the unstable movement of an object.     

剪切电子散斑平移棱镜相移方法研究

在剪切电子散斑干涉中,由于错位的二物光束同向传播,很难将二物光分开引入附加相位的方法来实现相移.平移棱镜相移法可以在二束物光不分开的情况下实现相移.本文对平移棱镜相移法进行了理论分析,证明平移棱镜可以引入稳定、线性的附加相位,给出了附加位移与附加相位之间的关系式.利用周边固定、中心加载的圆盘进行实验,给出了实验结果,证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息.     

Profile measurement of a moving object using an improved projection grating phase-shifting profilometry

3-D profile measurement of a moving object using a novel phase-shifting technique is introduced. Digital gratings with two steps phase-shifting are projected periodically onto a measured object surface. The deformed fringe patterns are captured by a frame CCD camera within a short exposure time. By synchronizing the projector and the CCD camera accurately, there is an overlapping part which is the same part of the object among three neighbouring frames. The length of an overlapping part can be controlled as one third of a frame length. Hence the intensity values at the same surface point modulated by three neighbouring gratings can be obtained, and its phase value can be computed by an improved phase-extracting algorithm. The profile of a specimen is detected by the proposed method. Experimental results demonstrate that this method is effective for the profile measurement of a moving object.     

High-speed phase imaging by parallel phase-shifting digital holography

Parallel phase-shifting digital holography can obtain three-dimensional information of a dynamically moving object with high accuracy by using space-division multiplexing of multiple holograms required for phase-shifting interferometry. We demonstrated high-speed parallel phase-shifting digital holography and obtained images of the phase variation of air caused by a compressed gas flow sprayed from a nozzle. In particular, we found the interesting phenomenon of periodic phase distributions. Reconstructed images were obtained at frame rates of 20,000 and 180,000 frames per second.     

基于菌紫质薄膜的相移器及其应用

设计了一种基于菌紫质光致各向异性的相移器,并把它用于相移干涉计量。取向随机分布的极性菌紫质分子对线偏振诱导光的选择性吸收导致分子取向分布不均匀,使其呈现宏观的各向异性,这种各向异性与诱导光的偏振特性密切相关,圆偏振光经过各向异性的菌紫质薄膜后,出射光的偏振特性完全由偏振诱导光决定。基于上述原理设计了一种新型的相移器,用琼斯矩阵法推导了基于相移器的相移干涉原理。该相移器在工作过程中不需要移动Mach-Zender干涉仪内部的任何器件,仅需要改变外部控制光路中诱导光的偏振取向就可以控制参考光的相位,有助于提高设备的抗振能力。用最小二乘法对相移干涉结果进行重建,得到了和实际相位一致的结果,验证了相移器的可行性。     

马赫-曾德尔型相移矢量剪切干涉仪

为了实现对激光波面的等光程测试,设计了一个新颖的相移矢量剪切干涉仪。该干涉仪以马赫曾德尔结构为基础,为等光程干涉仪。通过在相干的两路光束中分别插入楔角方向正交放置的楔板实现矢量剪切;其中一块楔板分成两块(平板部分和楔板部分),楔板部分沿平板部分的表面移动,通过改变光程差来实现相移,2π相移所需的移动距离为几毫米的量级,该相移方法在相移精度控制上比较简单。文中还对楔板引入的横向剪切误差和相移误差进行了分析,最后给出了实验所得的一组相移干涉图。