基于图像二维小波多尺度分解傅里叶变换轮廓术

应用傅里叶变换轮廓术测量物体三维面形时,当被测物体形状复杂或是被噪声严重污染时,导致频谱分布展宽,发生频谱混叠现象,基频提取困难,无法准确恢复物体的三维面型.提出了基于小波分解的傅里叶变换轮廓术,采用小波变换的方法对变形条纹图进行二维多尺度分解,重构被测物的背景图像,滤出图像的零频成分,得到相对变形条纹.运用小波变换与傅里叶变换轮廓术相结合的方法,只需拍摄一幅变形条纹图,将被测物体与背景分离,不受背景成分的影响,且易于基频信息的提取,降低了对滤波器的要求.实验证明该方法较好地防止了频谱的混叠问题,提高了测量范围与解相精度.     

小波变换轮廓术抑制CCD非线性的分析

对比研究了CCD非线性对小波变换轮廓术和傅里叶变换轮廓术的影响,并从信号频域角度分析推导出考虑CCD非线性时,变形条纹的小波变换的频谱描述形式,得到了"脊"处小波系数的解析表达式。处理由CCD非线性引起的非完善的条纹图时,采用小波变换轮廓术提取相位,实质是采用最佳的加权滤波窗口,这样能减弱CCD非线性引起的频谱混叠对测量的影响,可以得到比傅里叶变换轮廓术更稳定的恢复效果。计算机模拟验证了此结论的正确性。     

CCD抽样对傅里叶变换轮廓术的影响

从傅里叶变换轮廓术(FTP)原理入手,分析了傅里叶变换过程中频谱的产生,给出了CCD像元信号强度及其经抽样后的变形条纹的表达式,得出了变形条纹的傅里叶频谱式,其频谱是原连续函数的频谱在频域内的无限重复,即"频谱岛"。频谱中除了基频外,还产生了二级、三级等的高级频谱。给出了抽样条件及满足抽样条件的方法:当抽样频率与光栅基频的比值m>4时可以恢复物体的面形,反之不能;减小抽样间隔可以使m>4。给出了实验结果:当m=2.0883时,物体面形没有恢复;当m=16.6667时,物体面形得到了恢复。实验结果证明了理论分析的正确性。     

双频光栅傅里叶变换轮廓术频谱混叠研究

讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时,可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件,分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用,因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了:当f2<2f1时,f1与f2相互混叠,物体面形难以恢复;当f2>2f1时,f1与f2不相互混叠,物体面形恢复得很好.     

双频光栅傅里叶变换轮廓术频谱混叠研究

讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时,可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件,分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用,因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了：当f2<2f1时,f1与f2相互混叠,物体面形难以恢复;当f2>2f1时,f1与f2不相互混叠,物体面形恢复得很好.     

三维测量中一种新的自适应窗口傅里叶相位提取法

针对多尺度窗口傅里叶变换中,窗口尺寸的自适应选取及提取基频时的频谱混叠等问题,提出基于希尔伯特-黄变换(HHT)的自适应窗口傅里叶相位提取法。对变形条纹信号进行HHT后,通过谱分析,自适应确定能够准确描述条纹信号变化情况的瞬时频率及条纹图的背景分量。根据所得的瞬时频率,给出自适应定位条纹信号局部平稳区域的步骤,进而确定窗口尺寸。不需额外计算,可有效去除背景分量以减少基频提取过程中零频频谱的干扰。与现有的用最大脊法确定窗口尺寸的方法相比,本方法不受被测相位必须线性逼近且变化缓慢的前提约束。实验证明本方法有效、可行,且对测量携带陡峭边缘或面形复杂的物体也能进行较为精确有效的测量。     

傅里叶变换轮廓术中频谱泄漏的讨论

讨论了频谱泄漏对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响。由于用傅里叶变换轮廓术进行三维面形测量时 ,测得的变形光场是空间有限函数 ,故离散傅里叶变换时先要进行周期拓展 ,如果拓展周期选择不当 ,拓展后的条纹将不连续 ,对之进行傅里叶变换会产生频谱泄漏。文章从理论上推导了拓展周期与变形结构光场频谱泄漏之间的关系 ,给出了由泄漏引起的视场边缘误差的计算模型和定量分析。提出采用条纹外插以减小泄漏误差的方法 ,计算机模拟及初步实验证实了该方法的有效性。     

傅里叶变换轮廓要中频谱泄漏的讨论

讨论了频谱泄漏对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响.由于用傅里叶变换轮廓术进行三维面形测量时,测得的变形光场是空间有限函数,故离散傅里叶变换时先要进行周期拓展,如果拓展周期选择不当,拓展后的条纹将不连续,对之进行傅里叶变换会产生频谱泄漏.文章从理论上推导了拓展周期与变形结构光场频谱泄漏之间的关系.给出了由泄漏引起的视场边缘误差的计算模型和定量分析.提出采用条纹外插以减小泄漏误差的方法,计算机模拟及初步实验证实了该方法的有效性.     

光学滤波与频谱分析

O438.2 2004064221 傅里叶变换轮廓术测量范围的普适讨论=Analysis on generalized measuring range of Fourier transform profilometry[刊,中]/陈文静(四川大学光电科学技术系.四川,成都(610064)),苏显渝…∥光电子·激光.—2004,15(5).—604-607 针对目前傅里叶变换轮廓术(KTP)测量范围的公式仅适用于投影呈一维变化的光栅条纹的情况,对FTP的测量范围进行了更深入的讨论,给出了适用于投影呈二维变化的光栅条纹的普适的测量范围公式。得出了被测物体的频谱呈现非圆形分布时,可以采用改变投影的光栅条纹的方向消除频谱混叠,达到在不增加条纹密度和     

基于S变换滤波解相法的条纹解相研究

S变换可以看作是介于小波变换与窗口傅里叶变换之间的变换,具有很强的时频分析能力,它将一维信号变换为时间(空间)和频率的函数,称为瞬时S变换谱,在沿窗口移动方向上,S变换谱的叠加可得到全局信号的傅里叶频谱。在S变换用于条纹解调时,局部基频的正确提取是确保获得全局信号基频分量的关键。为此研究了不同的滤波过程对S变换解调条纹相位的影响,利用不同的滤波器,在对局部S频谱进行加权滤波后,叠加局部基频,得到全局基频分布,然后再利用逆傅里叶变换获得条纹的相位分布,从而重建被测物体的面形。讨论了阈值滤波、平顶高斯和平顶汉宁滤波、"脊"线拟合后的平顶高斯和平顶汉宁滤波在S变换轮廓术中的应用,通过计算机模拟和实验,初步对比了滤波效果。     

Discuss the measuring range of dual-frequency wavelet transform profilometry

We discuss the structure condition and sampling condition of wavelet transform profilometry (WTP) based on dual-frequency fringe pattern in this work. In the mentioned method a grating fringe with dual-frequency components is projected onto an object. And two wavelet ridge lines can be extracted by means of wavelet analysis, from which we can calculate two groups of wrapped phase information. Afterwards the retrieved phase with higher precision can be obtained through phase unwrapping process. However, it should be noted that the spectral aliasing of the deformed fringe pattern must be avoided in order to restore the correct phase information. And the two fringe carrier frequencies have to obey some rules as well. In this paper, the structure condition and sampling condition of the proposed method is deduced from the point of view of frequency analysis. It is proven that there would be no frequency overlapping in the deformed fringe pattern only when both of the two conditions mentioned previously are fulfilled. The results of computer simulations and experiments verify the validity of our theory.     

单幅条纹图相位解调的小波分析方法

相位解调是条纹相位分析的关键问题.本文提出一种应用小波频率估计联合频率导数对变形条纹进行瞬时频率分析,从中提取参考基频,从而依靠单一变形条纹实现相位解调的方法.首先,理论上证明了当变形条纹瞬时频率空间导数等于零,该空间点的瞬时频率等于参考基频频率;其次,引入Gabor小波提取变形条纹的瞬时频率空间分布,利用变形条纹瞬时频率的空间导数分布识别提取参考基频,从而实现相位解调.利用该方法进行了三维形貌测量的实验,结果表明该方法在实现相位解调中效果良好.     

单幅条纹图相位解调的小波分析方法

相位解调是条纹相位分析的关键问题.本文提出一种应用小波频率估计联合频率导数对变形条纹进行瞬时频率分析,从中提取参考基频,从而依靠单一变形条纹实现相位解调的方法.首先,理论上证明了当变形条纹瞬时频率空间导数等于零,该空间点的瞬时频率等于参考基频频率;其次,引入Gabor小波提取变形条纹的瞬时频率空间分布,利用变形条纹瞬时频率的空间导数分布识别提取参考基频,从而实现相位解调.利用该方法进行了三维形貌测量的实验,结果表明该方法在实现相位解调中效果良好.     

基于指数尺度间隔连续小波变换的相位提取算法

只需要一幅调制图像的光栅投影测量方法主要有傅里叶变换轮廓术(FTP)、小波变换轮廓术(WTP)等。采用基于指数尺度间隔的连续小波变换与重构方法,提取调制图像的瞬时相位。针对指数尺度间隔连续小波变换,指出了足够大的噪声能够改变小波变换脊的位置,并且该脊向上移动的概率最大。因此,为了重构载频信号,选择脊及其紧邻的较大的那个尺度所对应的小波系数,采用灰度图像阈值分割中最大类间方差法(OTSU),剔除掉幅值较小的系数;针对斑点噪声的影响,对OTSU算法的结果进行了修正;使用修正后的系数集合重构载频信号,并计算该信号的瞬时相位。理论分析和实验结果表明算法有效且具有稳健性。     

基于双色条纹投影的快速傅里叶变换轮廓术

在实际傅里叶变换轮廓术测量中，获取的条纹图扩展的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响，甚至妨碍正确三维面形的恢复。π相移技术常被用来消除零频分量对测量的影响，但需要在测量系统中安装精密相移装置，并需要采集两帧具有π相位差的条纹图。传统傅里叶变换轮廓术中，完成精密相移需要较长的时间，影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出了采用双色正弦光栅投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响。该方法同传统的π相移方法相比，不需要相移装置，测量系统简单，并且能真正实现高速测量。     

小波相位解调轮廓术

针对傅里叶变换轮廓术因混频难以准确提取基频的问题,可将小波变换用于三维形貌相位直接解调。对其原理进行了研究,通过编程实现了小波相位解调。取Morlet复小波作为小波母函数,对调制栅线图逐行进行连续小波变换,从各位置的沿尺度方向的小波变换系数幅值的极值中可直接求取对应的相位数据。由于小波函数具有空域_频率两域的局部化特性,因此它对变形栅具有很强的自适应能力。为验证新方法,对其进行了仿真分析,同时还对石膏半球模型和化妆品瓶进行了实际测量,并分别用傅里叶变换和小波变换进行了处理。结果表明,新方法有效地克服了混频的问题,改善了相位解调效果,提高了测量精度,特别适合于复杂物体的形貌测量。     

BP neural network applied to 3D object measurement based on fringe pattern projection

In the fringe projection profilometry, the traditional triangle method, such as Fourier-transform profilometry (FTP), is difficult to recover the stepped shape object from the deformed fringe pattern. In order to solve this problem, the neural network is introduced to deal with this kind of fringe patterns and gain the three-dimensional (3D) information of the measured object. By training the network, the relationship between the deformed fringe pattern and the height of the object can be obtained, and thereby the height of the object can be obtained. Furthermore, the object can be reconstructed perfectly without knowing the optical parameters of the experiment system. An obvious merit of this network method is that it can recover the 3D object in a short time and only need one deformed fringe pattern. Computer simulations and experiment validate the feasibility of the method.     

A novel color fringe projection based Fourier transform 3D shape measurement method

A novel Fourier transform 3D shape measurement method based on color fringe projection is proposed in order to solve the spectrum overlapping and phase unwrapping problems existed in Fourier transform profilometry (FTP). The R and G components of the color fringe are set to two sinusoidal patterns with different frequencies and the B component is set to the average value of R or G component. Then this pattern is projected to the object and the deformed fringe image is captured. Three gray patterns are separated from the color fringe, the background and high frequency noise can be eliminated using our method and the accurate unwrapped phase can be got. Only one shot color pattern is projected to get the 3D information of the object. Experiment results show that the 3D information of an object can be obtained rapidly and accurately.     

Fourier transform profilometry: : a review

Fourier transform profilometry is one of the popular non-contact 3-D measurement methods, where a Ronchi grating or sinusoidal grating is projected onto a diffuse three-dimensional surface, and the resulting deformed grating image is detected by a CCD camera and processed by a computer. This method requires only one frame (or two frames) of the deformed fringe pattern in some algorithms to retrieve the surface of measured object, so it has obvious advantage for real time data acquisition and 3-D measurement of dynamic process. In this paper, we review some algorithms in FTP, discuss some important problems, including frequency spectra overlapping, phase unwrapping, sampling, and 3-D measurement of dynamic process. With the development of computer hardware and software and availability of high-resolution image grabber, FTP method will be a promising one for acquiring 3-D data of object, and more and more researchers pay attention to it.