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.     

小波变换轮廓术的测量范围研究

利用小波“脊”处的小波系数来提取变形条纹中的相位信息可以在很大程度上抑制条纹图中有用的基频分量与零频和其它谐波频率分量的混叠,弥补了傅里叶变换轮廓术的不足。从离散信号频域分析角度,推导了变形条纹小波变换的频谱描述形式,讨论了其测量范围,包括结构条件和抽样条件。结果表明,只有在无周期内瞬时频谱混叠,即任意位置处物体瞬时高度变化满足h/xx=b<1/3条件时,和不存在抽样引起的周期间瞬时频谱混叠的抽样条件下(即一个周期内的抽样点数m≥4时),小波变换轮廓术才能正确恢复被测物体的三维面型。计算机模拟和实验验证了该结论。     

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.     

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.     

光学测试 光学元件测试与设备

TB922006010673自适应窗口傅里叶变换三维面形检测技术=3D measure-ment techniques using adaptive window Fourier transform[刊,中]/郑素珍(四川大学光电科学技术系.四川,成都(610064)),陈文静…∥光电工程.—2005,32(9).—51-54通过小波脊变换,得到局部条纹的最佳变换窗口,在傅里叶变换三维测量时,可以保证窗口尺寸随变形条纹频率变化而自动调整。实验研究表明,此方法克服了窗口傅里叶变换空间-频率分辨率无法调整的问题,可以最大限度地抑制变形条纹的频谱混叠,准确地提取基频信息,大大地提高了测量精度,误差范围由-2~8mm降低为-1~1mm…     

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。     

应用神经网络的复杂物体三维测量

将神经网络引入基于结构光投影的复杂物体三维面形测量。在测量过程中,利用神经网络强大的函数逼近能力,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位分布信息,获得物体的三维面形分布。应用神经网络方法,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的三维面形测量。该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术,不存在滤波操作,不会在测量过程中丢失被测物体的高频分量,具有更高的空间带宽积和灵敏度,能准确测量出复杂物体的细节,更加适用于恢复复杂物体的三维面形。并且该方法在条纹图存在阴影的情况下与傅里叶变换轮廓术相比,能更好地提取出物体的相位信息,恢复物体的三维面形。模拟及实验均验证了该方法的可行性。     

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。     

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.     

傅里叶变换条纹位相分析技术中移频消去载频法对位相分析的影响

在理论上分析了傅里叶变换位相分析技术中的移频消去载频法,由于采样的离散化,不同的条纹周期对位相分析将产生不同的影响。利用计算机仿真,模拟了不同周期的条纹图以及形变条纹图,根据傅里叶变换频移法,获得了不同周期条纹图的位相分布及误差,同时与"减基准条纹法"获得的位相分布及误差进行比较,验证了不同条纹周期对位相分析产生的影响。以花瓶为目标物体,在实验中进一步验证了采样的离散化对位相分析带来的误差和影响。并且讨论了两种减弱这种误差的方法。     

Dynamic 3-D shape measurement method based on FTP

In this paper, we propose a method for dynamic three-dimensional (3-D) shape measurement based on Fourier transform profilometry. A sequence of dynamic deformed fringe images can be grabbed by a CCD camera and saved on a disk rapidly. By a Fourier transform, filtering and inverse Fourier transform, a sequence of phase-maps can be obtained. By unwrapping these phase maps in 3-D phase space, we can obtain the shape of the dynamic object at different times. In this paper we also propose the algorithm of a phase difference between two deformed fringes, and the 3-D phase unwrapping method based on the phase difference algorithm. The computer simulation and experiment results show that this method can efficiently deal with the dynamic 3-D shape measurement.     

一种分析薄膜振动模式的结构光条纹时间平均法

提出了一种用于振动物体表面快速测量的光学测试系统和方法。该系统采用结构光三维传感技术,利用时间平均法来实现对振动表面的测量和振动模式分析。用低帧频商用CCD相机记录由光栅投影到振动物体表面上形成的一系列变形正弦条纹,对获取的一帧变形条纹经过二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换等处理得到调制物体振幅的零级贝塞尔函数分布。给出了该方法的理论分析,推导了相应的计算公式。计算机模拟和实验验证了该方法的可行性。实验证明,该方法具有数据获取速度快,全场非接触测量以及实验装置简单等优点。     

A flexible fast 3D profilometry based on modulation measurement

This paper proposes a flexible fast profilometry based on modulation measurement. Two orthogonal gratings through a beam splitter are vertically projected on an object surface, and the measured object is placed between the imaging planes of the two gratings. Then the image of the object surface modulated by the orthogonal gratings can be obtained by a CCD camera in the same direction as the grating projection. This image is processed by the operations consisting of performing the Fourier transform, spatial frequency filtering and inverse Fourier transform. Using the modulation distributions of two grating patterns, we can reconstruct the 3D shape of the object. In the measurement process, we only need to capture one fringe pattern, so it is faster than the MMP and remains the advantages of it. In the article, the principle of this method, the setup of the measurement system, some simulations and primary experiment results are given. The simulative and experimental result proves it can restore the 3D shape of the complex object fast and comparatively accurate. Because only one fringe pattern is needed in the testing, our method has a promising extensive application prospect in real-time acquiring and dynamic measurement of 3D data of complex objects.     

基于迈克尔逊干涉的傅里叶变换散斑形貌测量技术

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路，将物体偏转一微小角度（等效为物面与参考面间形成空气楔）产生等厚干涉，可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图，利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息，从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理，并进行了实物测量，给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌，所以具有灵敏度高的优点。     

窄带高光谱干涉成像的压缩采样复原方法

利用干涉成像光谱仪对目标进行窄带高光谱成像探测具有高光通量、高光谱分辨率和高目标分辨率等优点。按照尼奎斯特定理对窄带光谱干涉信息进行采样存在较大的数据冗余,增加了后期傅里叶变换的数据处理量,影响光谱的复原效率。在分析窄带光谱傅里叶变换特性的基础上,提出了基于滤光片光谱透射率函数的窄带光谱压缩采样方法。引入滤光片参数和混叠参数,可以复原不同精度的窄带光谱信息。配以符合要求的多带通窄带滤光片,可对目标进行压缩采样获取多个谱段的窄带光谱信息,从而避免了逐个谱段探测,提高了探测效率。对该方法进行了仿真分析和实验验证,得到了与目标光谱相吻合的复原窄带光谱。