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。     

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。     

光纤投影双频自动轮廓测量术

提出一种双频光纤投影自动轮廓测量技术；用一分二单模光纤耦合器产生正弦光强分布的投影光栅场；将光纤一臂绕在压电陶瓷（ＰＺＴ）环上述旁瓣通过压电陶瓷环引入相移值；以改变出射端两光纤间的距离来发迹投影光栅场的空间频率，用双频光栅技术实现复杂表面自动轮廓测量。     

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。     

相移法在光栅投影测量中的应用

利用双目CCD相机记录的光栅投影测量技术是一种新型的光学测量方法。为了获得高精度测量相位值，提出一种优化相位测量精度的相移方法。该方法通过投影相传递函数和投影光的光强函数计算相位值，并考虑了测量投影光非正弦、非周期性的影响，提高了投影光栅的条纹精度和相位精度，相位精度为像素级，通过插值可达到亚像素级。     

基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术

双N步相移轮廓术虽然可以大大降低由于光栅条纹的非正弦性所导致的相位误差,但增加了一倍的投影条纹数量,降低了测量效率。针对此问题,本文提出一种基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术,它将原相移条纹和附加相移条纹编码成双色条纹,融合到一幅彩色光栅条纹中投影,然后从采集的彩色条纹中提取两套条纹的相位信息,分别解包裹相位后,融合两包裹相位以减小相位误差。为验证所提方法的有效性,将该方法与两种典型的相位展开算法结合进行实验。实验结果证明,所提方法能有效降低相位误差,且不需要增加任何额外的光栅条纹,测量效率提高了46%。     

一种新的基于条纹投影的三维轮廓测量系统模型

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统模型,新模型不要求测量系统满足光心连线平行于参考面、成像系统光轴垂直于参考面以及两光轴相交于参考面上等约束条件,只需投射至参考平面的正弦光栅条纹之间相互平行,简化了系统校准过程,有利于现场测量。得到的高度相位映射关系式中,待标定的系数与像点的坐标无关,不需要对每一个像点进行采样,能够减少系统标定所需的时间。实验表明:所提方法使投影装置和成像系统的位置校准过程简单,提高了系统标定的速度,且具有较高的测量精度,能够测量复杂面形的物体,增强了光栅投影三维测量系统的实用性。     

基于复合光栅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,获取条纹图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,甚至妨碍三维面形的正确重建。π相移技术常被用来消除零频分量对傅里叶变换轮廓术测量的影响,但它需要采集两帧具有π相位差的条纹图。这影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出采用复合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,该复合光栅是由两个不同频率的载频分别调制与其方向垂直的两帧具有π相位差的条纹并叠加形成的。实验表明,同传统的π相移方法相比,提出的新方法没有明显降低π相移傅里叶变换轮廓术的的测量精度,因此能真正实现实时高速测量。     

基于二元光栅特征提取的相位展开方法

传统基于正弦光栅相位测量轮廓术中,相位因反正切运算而被截断在(-π,π]之间,需要利用菱形等相对相位展开算法进行展开,容易产生相位误差累计,甚至无法展开相位;或者利用投影辅助格雷码等额外结构光场来确定条纹级次,避免相位误差累计,实现相位的展开.提出了一种基于二元光栅特征提取的相位展开方法.通过投影一组相移二元光栅来实现...     

一种制作投影灰度正弦光栅的新方法

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件,并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度,提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析,指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因,并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明,采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录,并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域,可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.     

一种制作投影灰度正弦光栅的新方法

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件,并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度,提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析,指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因,并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明,采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录,并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域,可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.     

双频光栅轮廓术的研究

在投影栅相位法轮廓检测中,当物体含突变部分时,包裹相位很难准确恢复,对此可用双频变精度技术来解决。如果用两种不同频率光栅分两次进行测量,无疑增加了测量负担,也无法满足实时检测的要求。提出用软件生成两种不同频率成分的复合正弦光栅,用液晶投影仪投影,针对不同物体具体突变部分的情况,可灵活生成各种不同灵敏度的复合光栅。只采一次图像就可以达到以往双频技术中多次采集的效果,该法具有快速和去包裹精度高的特点。最后,进行了实验测试,结果非常满意。     

光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正

由于数字光栅投影仪的光强传递函数对于正弦投影条纹的质量以及相位测量精度起着至关重要的作用,本文提出了一种校正光学三维扫描仪光强传递函数的新方法。首先,分析了由于投影仪非线性响应引起的光栅谐波的相位测量误差;然后,通过投影一组不同灰度级的图像,并利用光功率计测出数字投影仪投出图像的亮度。接着,通过分析得到数字投影仪的非线性响应特性曲线,再经过数据处理,即可获得投影仪的光强传递函数;最后,对光强传递函数进行反函数逆变换,得到一个校正后的非正弦光栅,利用投影仪对该光栅的投影即可在被测物体表面上获得一个正弦光栅。数字投影仪对标准平板的测量结果表明,校正前平均误差为0.71 mm,校正后为0.55 mm;对于标准量块的测量,校正前的平均误差为0.62 mm,校正后为0.15 mm。上述结果表明,本文提出的方法可以减小由于系统非线性响应引起的测量误差并提高测量精度。     

基于Sierra Lite抖动算法的散焦投影光栅测量

投影仪散焦技术克服了实时光栅投影三维测量中的投影仪非线性问题,但散焦产生的高次谐波会大大降低散焦光栅的正弦性,带来明显的测量误差。提出了采用"S"形扫描Sierra Lite抖动算法生成二值抖动光栅,较大地改善了散焦后光栅的正弦性,将该抖动技术生成的散焦光栅用于传统的相移算法,基于投影仪散焦投影,得到用于三维测量的绝对相位信息。仿真结果验证了该方法的有效性,改善了散焦光栅的正弦性,提高了相位质量。实际测量实验与仿真结果相一致。与已有的Bayer有序抖动和Floyd-Steinberg抖动生成的光栅相比,所提算法运算速度快,生成光栅正弦性较好,更加适用于散焦投影测量。     

调制度测量轮廓术在复杂面形测量中的应用

调制度测量轮廓术(MMP)是将物体的高度信息编码在投影到待测物面上的正弦条纹的调制度信息中,可以实现对物体的垂直测量,特别适合测量表面有高度剧烈变化或不连续区域的物体。探讨了基于傅里叶变换的调制度测量轮廓术在复杂面形测量中的应用,提出了调制度焦深的概念并详细分析了调制度焦深对测量的影响,以调制度焦深为基础从测量系统设计的角度提出了提高测量精度的具体措施,给出了实验系统设计方案,讨论了影响测量精度的几个实际问题及解决方案。对复杂面形和深孔物体的实测结果表明,基于傅里叶变换的调制度测量轮廓术测量复杂面形物体可以达到较高的测量精度。     

平行光波阵面调制下的双频干涉条纹形貌测量

传统形貌测量多采用光栅投影,其投影条纹的非正弦性及条纹密度的限制将影响形貌测量的精度,为了实现高密度正弦条纹投影的可调性,采用平行光干涉投影形成明亮且对比度高的正弦条纹,避免条纹的正弦畸变。在平行光波阵面调制下,通过相控阵调节两光束交会角度得到所需的条纹频率,实现条纹投影的可调性,再将调制后双频应用到解包裹中提高解相精度。对比分析了单频和双频解包裹条件下,一个最大高度为35.80 mm物体形貌的恢复,其最高点恢复相对误差分别为2.7%、1.6%。实验结果表明该方法具有有效性与可行性,具有较高的精度。     

数字图像处理技术在等高莫尔法三维形貌测量中的应用

在阐述叠加莫尔方法测量物体三维形貌基本原理的基础上,导出正弦光栅照射法等高莫尔条纹检测的数学模型。并对实测三维物体的等高莫尔图进行了灰度均匀、图像增强、细化处理等一系列处理,得到了物体等高莫尔条纹的轮廓线。     

彩色组合编码条纹光栅轮廓术

研究了一种新的编码光栅投影三维轮廓术。其中投影光栅利用彩色空间红、绿、蓝三基色相互独立的特性,用彩色条纹对光栅进行编码,以白色条纹为起始位,后接红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色的条纺组成一组。改变红、绿、蓝的排列顺序可使各组有不同的编码。根据排列组合原理,红、绿、蓝三色可有6种不同的排列方式。经过编码处理的光栅在保证测量精度不变的前提下,加大了高度测量的范围。由于每条纹只采用0和255两个状态,因此具有较强的抗干扰能力。测量的精度主要取决于图像的分辨率。     

基于点阵投影的彩色复合光栅傅里叶变换轮廓术

传统傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率条纹测量时存在着由于待测物体高度变化剧烈导致的相位展开困难。结合数字点阵和正弦条纹投影的复合编码三维数字成像方法能有效解决相位模糊和误差传播的问题,但在实际测量中需要分别采集点阵图像和正弦条纹图像,影响了测量的实时性。提出一种新型彩色复合光栅测量方法,实现了从一帧图像中分别得到点阵图像和正弦条纹图像,并以点阵图像为依据对正弦条纹图的截断相位进行展开。理论分析和实验结果表明,该方法适合于不连续物体的三维测量,同时抑制误差传播能力强,具有较高的测量效率。     

基于光栅投影的轮廓测量改进方法

传统傅里叶变换轮廓方法(FTP)在测量表面突变的物体时,受物体高度变化所引起的非截断相位变化的影响,相位难以正确展开。利用双频光栅投影可以解决这一问题。在总结了传统测量方法与双频光栅测量方法的基础上,提出采用彩色复合光栅投影的测量方法。该方法只需一次采集,就能消除图像背景分量与高次分量对测量的影响,在扩大测量范围的同时可达到双频技术测量突变效果。最后,对3种方法的实际测量结果作了对比分析,证明彩色复合光栅投影方法得到的测量精度最高。