基于阈值优化抖动算法的高质量三维形貌测量

针对离焦二元编码技术中条纹图案的高次谐波分量会引入测量误差的问题,提出了一种通过阈值优化抖动算法生成二元图像的方法.引入参数γ动态调整阈值,考虑图像不同像素灰度值对抖动算法的影响,改善离焦后抖动图像条纹的正弦性.仿真和实验结果表明:在引入参数γ=50时,离焦后的阈值优化抖动算法条纹具有更好的正弦性;相比传统Floyd-Steinberg抖动算法,在条纹周期为40pixel时,该方法所得相位均方根误差减小0.013 7rad,且对模型凹陷突变区域成像更清晰,显著提高了物体表面还原的图像质量.     

利用遗传算法优化误差扩散核参数的条纹二值编码方法研究

二值条纹投影图像在高速、高精度的三维面形测量领域应用广泛,而提高二值编码条纹的正弦性对于提高三维面形的测量精度具有积极意义.传统及改进的误差扩散核多采用普适的扩散核对条纹图像进行二值编码,较少考虑图像特征与投影离焦程度对相位提取精度的影响.首先利用遗传算法的思想来寻求更佳的误差扩散核系数,然后通过线性拟合来构建与离焦程度以及正弦条纹周期相关的优化目标函数,最后得到优化二值编码条纹正弦性的误差扩散核.仿真和实验分析结果表明,在不同尺寸的窗口下,不同周期有最小相位误差的误差扩散核且它们各不相同,证实扩散核对图像的二值编码质量与图像特征有关.实验进一步证明,大中小三种离焦程度下,所提算法的相位误差较普适的Floyd-Steinberg扩散法可分别减小43.86％、64.37％和50.10％,所提算法的相位误差较改进的Floyd-Steinberg扩散法可分别减小13.51％、18.48％和17.65％.     

基于组合二值条纹离焦投影的三维面形测量

二值条纹离焦投影技术很好地克服了条纹投影三维测量技术中的非线性影响,有效抑制了投影设备Gamma效应带来的误差.多频条纹二值离焦投影结合时间相位展开算法,是常用的复杂物体三维测量方法.该方法在使用中要保证多个频率二值条纹离焦获得大致相当的正弦性品质,投影时不同频率条纹对应的离焦量不一样,不利于其广泛使用.分析了不同二值...     

离焦条纹投影三维测量中正弦光栅的二值化方法研究

采用离焦二值条纹投影技术进行三维面形测量可以克服数字投影仪的非线性响应,同时有利于提高投影速度,实现高速测量.通过理论分析和实验研究了采用数字投影仪时二值条纹的基频、高次谐波能量分布与条纹周期的关系.结合相移算法,以相位测量误差为指标,衡量各种二值条纹的性能.研究结果表明:在周期小时,罗奇光栅和二维误差扩散算法生成的二值条纹离焦后能产生正弦性较好的条纹;在采用满周期等间隔奇数次相移时,罗奇光栅离焦能获得更高的测量准确度;在周期大时,采用优化脉宽调制方法得到的二值光栅离焦测量准确度最高.研究结果为离焦条纹投影三维测量中二值光栅的选择提供了依据.     

基于格雷码和相移算法的动态三维测量技术

格雷码辅助实现的相位测量轮廓术具有较好的鲁棒性和抗噪能力,是三维测量领域的一个研究热点.在已有测量方法的基础上,提出了一种把格雷码嵌入相移条纹进行复合图案投影的三维面形测量方法,通过将传统的3幅格雷码图案整体向右移动半个条纹周期,共得到6幅格雷码图,将其交替嵌入三组相同的四步相移条纹中并结合二值离焦技术依次进行投影.通...     

离焦投影三维测量的二值光栅生成方法

投影仪离焦技术克服了光栅投影三维测量中的投影仪非线性问题,但二值光栅存在的高次谐波会降低生成光栅的正弦性,从而引入相位误差。提出一种二值光栅图像生成方法,基于正弦光栅图像所具有的对称性和周期性,选取了尺寸较小的二值块。然后对所选块进行随机初始化,再采用多像素跳变方法对二值块进行优化,根据优化所得的二值块生成整幅二值光栅图像。最后结合相移算法,在投影仪离焦测量环境下,计算得到三维测量所需的相位信息。相较于传统二值光栅图像生成方法,所提方法能够保证高质量相位信息获取,且适用于不同程度的离焦测量环境。仿真及实验验证了所提方法更加适用于离焦投影三维测量。     

基于最小二乘迭代的多表面干涉条纹分析

为了准确地测量透射平行平板,提出了基于最小二乘迭代的多表面干涉条纹分析方法.依据波长调谐相移的原理,通过最小二乘迭代准确地求得每组双表面干涉条纹的实际相移值.从而准确地提取平板前后表面面形及厚度变化等信息.模拟计算结果表明.当相移值有微小偏差(小于0.2 rad)时,通过10次迭代后求得相位的峰值(PV)误差为0.005 rad,均方根(RMS)误差为0.002 rad,而相应Okada算法的PV误差为0.512 tad.RMS误差为0.103 rad.实验结果验证了该箅法的有效性.     

相位编码条纹投影轮廓术的相位展开误差校正方法

相位编码法是条纹投影技术中常用的一种相位展开方法。然而，受到随机噪声、图像采样、系统离焦等因素的影响，条纹阶次与包裹相位的对应关系容易被破坏，从而引入相位展开误差。根据相位展开误差的分布特点，提出一种附加二值条纹的相位展开误差校正方法。引入的二值条纹与相位编码条纹的码字存在半周期错位，使得计算出的2组条纹阶次值具有互补性，利用两者的互补性可以有效地消除相位展开误差。仿真和真实实验均表明，该方法能够准确地恢复出被测物体的绝对相位，具有较高的可靠性。     

一种新的反向投影条纹生成方法研究

反向条纹投影技术是一种应用于在线或批量检测的快速而稳定的光学三维面形检测技术.提出了一种新的产生反向条纹的算法,新的算法建立投影器坐标系与摄像机坐标系的正向映射变换关系,通过投影器坐标系上一个像素点的两套相位值,找到其在摄像机坐标系中对应的位置,即产生投影器坐标系像素点在摄像机坐标系中的注册.由于期望在摄像机中观察到的条纹图像只是简单的正弦条纹图像,直接读取注册点的期望条纹相位,很容易产生反向条纹.计箅机模拟和反向条纹投影实验中的相位标准差分别达到7.044×10-6 rad和3.34×10-2rad,比以前的方法在精度上有了较大的提高,并简要分析了精度提高的原因.计算机模拟和实物测试实验都验证了该方法的可行性.     

抑制高阶谐波误差的随机相移条纹分析算法

高阶谐波和随机相移误差是影响条纹分析精度的主要因素。为了同时解决这两个问题,提出了基于频域滤波的迭代相移算法。该算法采用巴特沃斯低通滤波器,从频域上滤除条纹的高阶谐波分量,再运用最小二乘迭代方法从三帧随机相移条纹图像中提取相位信息。数值模拟和实验结果表明,该算法可有效地抑制由高阶谐波和随机相移引入的波纹误差,误差PV值和RMS值分别为0.368 8 rad和0.025 3 rad,其精度高于传统的三步相移算法和Wang算法。该方法适合于高精度干涉测量和三维物体表面轮廓测量。     

一种从粗到精逐步细化的变尺度光栅投影测量方法

传统的光栅投影法依靠相移法进行测量,对绝对相位的计算需要应用解包裹算法完成。由于解包裹算法要求空间相位具有连续性,因此不适合高度变化显著的物体的测量。针对该问题,提出一种多尺度条纹投影测量的方法,直接获取高密度条纹投影的绝对相位。通过对高密度64周期条纹扫描投影测量相位的二次拟合曲线的实验处理,在绝对相位 [-201,201]的变化范围内,拟合标准差达到0.096 63 rad的精度。     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5μrad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10μrad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。     

热传导方程在散斑条纹图相位提取中的应用

去除电子散斑十涉条纹图中的噪声是提取条纹图相位的关键问题.利用热传导方程去除条纹图中的噪声,定性和定量分析了该方法的滤波性能.在此基础上,进一步将MBO算法和热传导方程应用于条纹二值化和相位图平滑过程中,并成功地从单幅模拟条纹图中提取了条纹图的相位.研究结果表明,热传导方程能有效减少散斑条纹图中的噪声,改善二值条纹图的边界.进而获得准确的相位分布.     

相移阴影莫尔条纹正交化解调技术

提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图,然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景,进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法,发展了一种相位解调方法,提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考,用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明,相对于典型的三步相移法和主量分析方法,提出的方法测量得到的相位误差最小(0.5rad),且简化了测量过程.     

基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法

复杂表面的精密三维测量在工业无损检测中非常重要。二进制条纹离焦投影方法在快速三维测量中有重要的应用前景,但该方法难以实现复杂表面高精度三维测量。为此,提出了基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法。由于离焦投影滤除了高次谐波和高频噪声,可以克服投影仪的非线性伽马效应,与传统投影正弦条纹方法相比,提高了其测量精度。针对离焦投影时,随着相位编码条纹频率增大,条纹级次判决困难,出现周期错位,导致相位解包裹出错,提出了相移编码方法来解决以上问题。采用相移编码方法校正周期错位,使条纹级次判决准确,进一步提高其测量精度。实验结果表明,其测量精度可以达到0.044 mm,验证了本方法的有效性和实用性。     

基于最小二乘迭代的多光束相移算法

高阶谐波和随机相移误差是影响干涉测量精度的主要因素.为了同时解决这两问题,提出了基于最小二乘迭代的多光束干涉条纹分析方法.该方法利用傅里叶级数将多光束干涉条纹展开为基波和各阶谐波之和.它只需要5帧随机相移的多光束干涉条纹,即可通过最小二乘迭代准确地求得相移值和相位分布.模拟计算结果表明,当测试面反射系数小于0.6、随机相移误差的均方根小于1时,只需10次迭代运算即可将误差控制在0.005 (PV)和0.003(RMS)rad之下,精度比传统的五步算法精度高.实验结果进一步验证了该算法的有效性,并表明该算法比双光束相移算法优越.     

基于遗传算法的干涉条纹数据处理方法

提出了基于遗传算法的干涉条纹数据处理方法。该方法是在最小二乘余弦曲线拟合的基础上 ,引入了具有全局优化能力的遗传算法以解决目标函数多极值问题 ,从而使得最小二乘余弦曲线拟合对干涉条纹处理具有很好的鲁棒性和自适应能力。仿真结果表明 ,在 2 0 %均匀分布噪声条件下 ,拟合模型主要参数 -干涉条纹空间频率及初相位 -拟合误差小于 0 .5 %。     

二次相位采样问题的等效输入场算法

 分析了采样定理与二次相位采样问题的关系;基于菲涅耳衍射公式,推导了离焦位置光场的计算方法,避免聚焦计算中遇到的二次相位采样问题。提出了等效输入场算法思想,将聚焦过程中遇到的插入元件等效为对源场的调制,从而不需要计算插入位置的光场,解决在离焦位置有任意多个相位板的传输计算中的二次相位采样问题。将由等效输入场算法得到的输出光强与由基于菲涅耳积分公式的光场解析式计算得到的光强进行对比,在0~100 mm范围内的各离焦位置,两者相对误差小于10¹³,从而证实了等效输入场算法的正确性。     

基于傅里叶频谱分析的相位测量轮廓术系统Gamma非线性校正方法

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正,使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法,利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值,再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换,实现投影条纹输入值的提前校正,以获取具有良好正弦性的结构条纹,从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图,而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。     

利用贝叶斯估计法对双频投影条纹的相位进行修正

为了进一步提高双频投影条纹的相位精度,提出以双频投影条纹的条纹级数为坐标建立级数坐标系的分析方法,使得条纹级数(或相位)及其误差的描述变得非常直观。在条纹级数坐标系内,利用贝叶斯估计的方法对相移法求解的条纹相位进行修正,使条纹相位精度得到进一步提高。仿真实验和真实实验证明了此方法的有效性。其中实际实验在利用本修正法修正后,相位均方误差从0.014rad下降为0.009rad,高度均方误差从0.058mm下降为0.041mm。