三维形貌及颜色纹理的快速获取方法

为了在黑白摄像机中快速获取场景的三维形貌与颜色纹理,提出了绝对相位测量结合主动彩色照明的方法.首先向物体投影并拍摄两幅相移为1/3周期的条纹和一幅周期有微小差别的条纹图;然后分别向物体投射光强为给定强度的白、红及绿照明光,并拍摄图像.用改进的相移法求解第四幅图像与第一、第二幅变形条纹图中的相位;用改进的傅里叶变换法求解第四幅图像及第三幅变形条纹图中的相位;然后得出绝对相位值.最后利用第四幅图像与第五和第六幅图像求出场景反射的蓝色分量,并根据色度学原理恢复出场景的颜色纹理.实验表明,该方法在保证三维测量准确度的同时获得了高质量的颜色纹理,实现了30fps的三维数据及颜色纹理采集速度.     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法

提出了一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法。采用三帧具有π2的相移正弦条纹分别编码到红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个颜色通道中,组合成单帧彩色复合光栅,当该彩色复合光栅投影到待测物体上,仅需获取单帧彩色变形条纹并从中分离出相应的具有π2相移的三帧单色相移变形条纹,由于不同颜色通道之间存在颜色串扰以及色度不均衡问题,采用最小二乘法对分离出的三帧单色相移变形条纹直流项进行背景一致性校正,从而获得三帧校正后的单色相移变形条纹,运用所建立的三维重构物理模型,即可恢复物体的三维形貌。实验验证了该方法的可行性和实用性。进一步的实验表明,该方法的测量精度优于传统单帧彩色PMP。因为所提方法仅需一帧彩色复合光栅即可恢复物体的三维形貌,在实时三维测量中具有很好的应用前景。     

单幅彩色条纹投影的不连续物体表面三维形貌测量

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图,由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离,同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图,通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体,利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景,从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。     

面向彩色物体的双目三维测量编码新方法

为了实现彩色物体三维(3D)形貌的精确测量,提出了一种新的面向双目立体匹配的彩色编码方法。根据三原色(RGB)颜色空间模型和光谱原理对不同颜色赋予相应的视觉编码值,设定相邻彩色条纹波长变化明显、颜色差别大、码值唯一的原则并进行编码设计;利用改进的色彩标定方法消除背景色彩的影响;实验验证了提出的彩色编码方法。结果表明,该编码新方法消除了物体彩色纹理背景的影响,满足了彩色物体三维形貌精确测量的要求,可以快速、有效地实现彩色物体的三维形貌测量。     

基于互补色编码条纹投影的三维形貌测量方法

针对彩色编码条纹投影轮廓术中,被测物体表面颜色易与投影条纹颜色发生干扰的问题,提出了一种新的基于互补色编码条纹投影的三维测量方法.先后向被测物体投影一幅主彩色编码正弦条纹图和一幅与前者包含的彩色编码条纹颜色互为补色的彩色条纹图.利用两者颜色互补的特点,判断两幅图像中对应像素点的颜色状态来确定其在主彩色编码正弦条纹图中所...     

隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术

结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。     

结构光数字栅线法对物体三维形貌的高精度测量

为了对物体的微观三维形貌进行高精度测量,开发了基于结构光的数字栅线三维纹理测量系统,该系统利用解位相的方法进行物体三维高度信息的计算。首先对相位主值的计算,采用了4步等步长相移法采集16幅等步长的相移图像,分成4组分别计算相位主值,再求其平均值作为最终的相位主值。为了滤除噪声及投影仪、CCD相机畸变等各种影响,对采集的条纹图像采用了自适应维纳滤波和小波多阈值方法进行预处理;其次对于位相展开,提出了基于多频的梯度导向相位展开算法,能够有效避开相位间断点,具有稳定的展开结果。实验结果表明,此系统所使用的方法在条纹图的P₀=22.7 mm-1时,获取的三维信息分辨率为2.75 μm,高度信息精度优于0.5 μm,同时具有测量快速,操作简单,无接触等特点,能够满足高精度的微观三维形貌测量的要求。     

利用散斑嵌入条纹和查找表进行三维面形测量

为了快速、准确地重建复杂场景的三维面形,提出了一种利用散斑嵌入相移条纹图案和截断相位-高度查找表的三维面形测量方法。将散斑作为辅助信号嵌入到四步相移条纹图案的相位分布中,得到待投影的复合条纹图案。利用相移算法解调出被测物体的截断相位和额外的散斑信息。利用查找表得到截断相位对应的多个候选高度,再利用散斑对条纹周期进行标记以解决高度歧义问题,唯一确定截断相位所对应的正确高度,以实现被测物体三维面形的快速重建。该方法直接从截断相位信息中重建三维面形,无需投影任何附加图案,也无需进行相位展开。理论分析和实验结果表明,该方法可以实现动、静态复杂场景三维形貌的高精度测量且鲁棒性好。     

一种三维变形光学测量系统及微结构力学性能测试应用

描述了一种使用显微栅线投影技术和数字图像相关技术同时测量微结构三维形貌和变形的光学测量系统.在此系统中,正弦栅线通过相移投影器投影到被测物体表面,变形的条纹图由高分辨率的CCD相机和显微镜头采集并保存.相移技术处理条纹图得到形貌和离面变形,同时从相移图像中提取出被测物表面纹理,数字图像相关技术处理变形前后表面纹理得到面...     

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.     

基于N元正弦码元的时间相位展开

提出了一种N元编码时间相位展开方法来实现彩色复杂物体的三维测量。传统的阶梯状条纹在测量整个表面反射率范围较大的物体时，条纹数量过多会导致量化困难。利用从相移条纹中提取的N元正弦码元替换传统的量化灰度码元，通过进制转换将N元正弦码元嵌入到所要投影的条纹中来实现条纹级次的编码。在解码时，先通过编码条纹与N步正弦相移条纹的差异逐点计算N元量化条纹，再根据对应的逆进制转换获取唯一的条纹级次，最后利用截断相位消除条纹级次边缘处的错位误差。实验结果表明，相比传统的时间相位展开方法，所提方法有效提高了编码效率，并在测量彩色复杂场景时表现出了较高的鲁棒性。     

基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术

提出了一种基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术。利用基于条纹投影的平面标定技术,建立了测量范围内的相位-高度映射表;采用高精度相移技术和三频时间相位展开方法,获得了自由曲面的水平和垂直相位分布信息;利用反向条纹投影技术建立了投影仪像素与相机像素间的几何及强度传递关系。利用该显示技术可在曲面上投影基于其高度信息的预期编码图像,实现高度信息的可编辑投影和三维显示。给出了在自由曲面上投影等高线和伪彩色编码、冰川雪线变化的动态过程及仿真实体添加等实例。     

基于条纹对比度和背景光校准的正交复合光三维测量方法

提出了一种对条纹对比度和背景光进行校准的正交复合光三维测量方法。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零频和基频分量,计算出各帧相移正弦条纹相对第一帧正弦条纹的对比度和背景光比例系数,并以此系数对实物测量时解调出来的各帧变形条纹对比度和背景光进行校准,建立了新的三维测量数学模型。实验证明该方法能降低传统正交复合光三维测量方法中的解相误差,提高系统的测量精度。     

一种针对彩色物体的光栅投影三维测量方法

针对传统彩色编码光栅三维轮廓术中光栅易受到物体表面彩色纹理的干扰,从而造成编码条纹颜色误判和相位误差增大这一问题,提出一种基于互补彩色光栅的三维测量方法,给出了理论分析、光栅设计原理、补偿算法与实验分析。对图像进行初步的解耦校正后,通过预先设计的光栅互补特性,依据彩色响应模型求取物体表面逐点的反射率,并对红绿蓝(RGB)三通道反射率的不平衡进行补偿,消除物体表面彩色纹理的干扰,改善光栅的正弦性。以补偿后的图像来指导彩色编码条纹的分割解码并用傅里叶变换法提取出包裹相位,依据解码结果指导相位展开,继而完成整个三维测量过程。实验证明该方法对彩色纹理的补偿准确有效,降低了彩色纹理对测量的影响。     

基于相位追踪的水中物体三维面形测量

提出一种基于相位追踪和光线迫迹算法测量水中物体三维形貌的新方法.该方法利用正弦面结构光来记录物体的三维面形数据,首先由投影仪投出止弦条纹图来调制淹没于水中物体的三维信息,摄像机拍摄获得物体表面的变形条纹图,然后利用相位追踪算法确定投影条纹和变形条纹之间的对应点,最后对相应的匹配点对进行光线追迹计算后,可以恢复出物体的三维形貌.由于使用面结构光进行测量,无需移动装置来实现对物体的一维或二维全场扫描,这样既节约了经济成本又缩短了测量时间.利用该方法进行了实际测量,得到了较好的重建结果,证明了本方法的正确性和可行性.     

一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统

为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11 μm,系统的有效深度测量范围为700 μm。     

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。     

一种新型双色2+1三维实时测量方法

传统2+1三维实时测量方法需要投影两帧相移光栅加一帧背景光图像,提出了一种新型双色2+1三维实时测量方法,该方法仅需两帧双色光栅.事先编码两帧双色光栅,红色通道分别为相移量相差π的正弦条纹,蓝色通道为与正弦条纹直流分量等值的背景光,由此可以标定出彩色CMOS相机红蓝通道灵敏度之比.测量时按照上述方法编码两帧相移量差π/...     

基于改进网格运动统计特征的在线三维测量

为了解决在线三维测量技术中像素匹配耗时长,准确率低等问题,提出了一种基于改进网格运动统计特征的像素匹配算法。该方法只需一帧固定的正弦光栅投影到被测物体上,由摄影系统连续采集五帧物体在相等位移下的变形条纹图,提取出相应的调制度信息,并利用快速旋转不变性特征算法提取图像的特征点匹配对,然后利用改进的网格运动统计特征算法来实现误匹配对的剔除。最后根据在线三维测量中对其精度要求很高的特点,取其出现位移量最多的值以获得一组相移量相等的条纹图,采用等步相移算法重建出在线移动物体的三维形貌。大量实验验证了该方法的可行性和有效性,与传统的在线傅里叶变换轮廓术算法进行对比,所提方法的鲁棒性更高,能够恢复出更高精度的三维面形。