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。     

基于四步相移光栅投影的三维形貌测量系统

为了实现对具有明显跳变面物体的轮廓测量,建立了四步相移光栅投影的三维形貌测量系统,并对所采用的四步相移测量算法进行研究。在介绍四步相移原理的基础上以有明显跳变面的三棱锥橡皮块为例,建立针对明显跳变面的测量算法。通过对4幅相移图算术求和并除以4得到平均灰度图;将平均灰度图二值化处理定位明显跳变面或阴影部分;将二值化图像与包裹相位图卷积,而后对包裹相位图进行解包裹,从而得到正确的连续相位,最终获取物体三维形貌。根据上述算法测量三棱锥的三维形貌并计算其体积,测量实验表明:被测物的体积平均相对精度为0.47%。     

一种用于三维面形测量的新的去包裹方法

本文提出一种可用于三维面形测量的新的去包裹方法。它在原有传统去包裹的基础上提出分割线的方法,能够正确标出应该参与去包裹的象素点及由噪音造成的相位不连续点,因而,在相位图存在噪音及信噪比较低的情况下仍旧可以得到正确且唯一的去包裹相位值。在三维面形测量中,去包裹后的相位值可以真实反映待测物体的面形,因此有很大的理论价值及实际意义。     

基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法

为了减小白光相移干涉法测量物体微观形貌时产生的误差,对极值法的搜索路径进行优化后与Carré相移算法相结合,提出一种基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法.该算法减小了光源扰动及电荷耦合元件散粒噪声带来的影响,且对相移器的线性误差不敏感,免去了相位解包裹过程,提高了运算效率.采用单刻线样块对扫描步距进行校准实现了光源中心波长的在线修正,减小了由于光源特性及环境扰动误差带来的影响.采用不同算法对标准粗糙度样块进行三维形貌恢复以及表面粗糙度的重复性测量实验,结果表明:该算法对表面粗糙度的测量结果较传统白光干涉算法准确度提高,测量重复性优于1%.     

一种新的360°三维轮廓术

提出了运用相移技术的光刀投影式测量３６０°回转物体三维轮廓的新方法。该方法对投影光刀引入正弦分布光场,利用相移技术对光刀投影狭缝进行相位计算,可得出各点的包裹相位分布,然后再利用光刀投影测量原理得到的高度信息对相位进行去包裹处理,从而得到具有较高精度的相位测量结果。最后根据相位与物体高度的几何关系,得到物体的三维轮廓数据。文中详细介绍了这一技术的原理及实验结果     

结构光测量中快速相位解包裹算法的讨论

对Schofield等提出的快速傅里叶变换（采用4次傅里叶变换和4次逆傅里叶）解包裹算法和Volkov等提出的相位重建算法（仅采用两次傅里叶变换和一次逆傅里叶变换）进行了讨论,提出基于离散余弦变换的快速相位解包裹算法.指出前两种算法在处理一般带噪音的模拟相位图时具有明显的优势,其处理结果非常接近理想值,而在处理相位变化剧烈或不连续区域的实验相位图（采用四步相移法测量雕刻佛像的三维面形）时出现较大误差,甚至无法处理,而基于离散余弦变换算法能很好的解决这个问题,并且拥有比前两种算法更快的运算速度.在实际应用中,针对不同的相位图把Schofield所提出的算法与基于离散余弦变换的算法结合起来,可以解决大部分相位解包裹问题.     

双频相位测量轮廓术及其误差分析

提出一种双频相位测量轮廓术，利用这一技术。在相位恢复过程中，对有断点及边界区域也能得到正确的去包裹相位值，把这一技术用于三维面形测量中，得到了较好的实验结果。最后，分析实验产生误差的原因。     

用于三维测量的快速相位解包裹算法

减少条纹投影轮廓术的条纹图数量一直是本领域的研究热点。传统的时间相位解包裹算法,一般需要额外的条纹信息来确定条纹级次,导致条纹图数量过多。提出一种用于三维测量的快速相位解包裹算法,只需要N步标准相移正弦条纹图,就可以完成绝对相位的计算。首先,利用标准相移算法计算包裹相位和消除背景的掩膜;然后,直接利用包裹相位和掩膜,根据连通域标记算法计算条纹级次,进而求得绝对相位。该方法最少只需3幅条纹图,就可以完成三维测量,数据处理速度快。计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于图像分析技术的实用相位恢复去包裹技术

相位恢复去包裹技术是相移干涉中的重要环节。本文介绍一种去包裹的新算法 ,该算法基于相位连续平滑的特点 ,在传统算法的基础上 ,提出包裹点判断门限的智能确定方法。引入图像分析处理技术 ,以识别并修正传统算法产生的误差点和由于误差点延伸产生的畸变点。应用结果表明 ,此算法不但计算量小 ,速度快 ,而且极大地降低了去包裹操作引起的相位信息变形失真的可能性 ,保证了较高的相位恢复精度。该算法在连续平滑相位相移干涉测量中具有很好的实用性     

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。     

小波变换轮廓术在双频光栅条纹中的应用

为了解决非连续物体三维面形测量中所存在的非连续相位解包问题,采用计算机生成的两频率之比为一无理数的电子光栅作为空间载频光栅条纹投影到待测物体表面。另外结合伽博小波变换分析的相位解调原理,在一幅变形双频光栅图像中分析得到两个频率各自所对应的包络相位分布,并且应用钟金钢等所提出的双频条纹查表法进行解包得到确定的调制相位分布。提出的双频光栅-小波变换-查表相位解包法很好地解决了傅里叶变换轮廓术,以及连续相位解包法在非连续物体三维面形测量中所存在的问题。给出了详细完整的理论推导过程、计算机模拟以及实验验证,证实了该方法的可行性。     

干涉测量波面重构DCT算法研究

采用一种空间移相干涉仪测量凹形非球面反射镜光学表面,使用偏振元件和多幅图像同步采集实现移相,并对测量得到的干涉条纹采用基于离散余弦变换的相位解包裹算法,对不连续相位分布采用非加权的最小二乘法进行优化目标函数,最终重构出被测光学表面的面形.这种结构形式的干涉仪具有一定的抗振能力,同时在数字图像处理上优化了算法,能够快速稳定地得到被测面形,而且对硬件要求不高.结果表明:这种算法能够适用于非实验室条件下的光学测量,在一定干扰条件下可以达到较高的测量精度.     

An improved stair phase encoding method for absolute phase retrieval

An improved phase unwrapping method is proposed to reduce the projection fringes in three-dimensional (3D) surface measurement. Color fringe patterns are generated by encoding with sinusoidal fringe and stair phase fringe patterns in red and blue channels. These color fringe patterns are projected onto the tested objects and then captured by a color CCD camera. The recorded fringe patterns are separated into their RGB components. Two groups of four-step phase-shifting fringe patterns are obtained. One group of the stripes are four sinusoidal patterns, which are used to determine the wrapped phase. The other group of stripes are four sinusoidal patterns with the codeword embedded into stair phase, whose stair changes are perfectly aligned with the 2π discontinuities of sinusoidal fringe phase, which are used to determine the fringe order for the phase unwrapping. The experimental results are analyzed and compared with those of the method in Zheng and Da (2012. Opt Express 20(22):24139–24150). The results show that the proposed method needs only four fringe patterns while having less error. It can effectively reduce the number of projection fringes and improve the measuring speed.     

一种新的快速解相位方法

提出了一种快速可靠的4步相移编码-解相位算法。通过对中心条纹的光强进行摄动,将编码信息加入到基本相移光栅中,使4幅基本相移图不但包含了相位场主值信息,还包含了解相位所需的编码信息。建立了摄动度函数描述相移图的摄动信息进而得到编码信息,解出完整的相位值。对摄动度函数的误差和噪声进行分析,提出方向滤波方法来消除噪声,极大地减少了编码信息的误判情况。仿真和实验证实了本算法的可行性。与传统相移法相比,解相位的速度和可靠性得到明显的提高。     

调制度分析在等步长相移法相位展开中的应用

推导了两种常用等步长相移算法的调制度表达式,提出一种新的调制度分析方法。该方法用于等步长相移法中基于加权最小二乘法的相位展开,能够充分利用调制度信息,构造二值和小数权重,从而增强相位展开过程对多种干扰因素的免疫力。实验结果说明了该方法的有效性和实用性。最后比较了二值权重和小数权重在加权最小二乘法的相位展开中的性能表现。     

Fringe contrast-based 3D profilometry using fringe projection

Quality-guided algorithm is a widely used method in phase unwrapping. This paper shows an accurate quality map based on fringe contrast for 3D shape measurement. Phase-shifted fringe patterns are projected onto an object surface by a programmable liquid crystal projector and recorded by a CCD camera. A wrapped phase map and a fringe contrast map are extracted from the deformed fringe patterns by the phase-shifting technique. Guided by the contrast map, the quality-guided unwrapping algorithm minimizes unwanted shadow and non-uniform surface reflectance effects and is able to retrieve a correct surface profile. Validity of the proposed method is tested on a fish model and a cutting tool specimen.     

基于离散泊松方程解的相位展开方法

提出了基于离散泊松方程解的相位展开方法，针对被测件表面疵病(阴影、断裂、孔洞、噪声等)奇异点所产生的相位跳变和截断，建立了相位展开算法模型；引入离散余弦变换求解具有诺埃曼边界条件的离散泊松方程，得到最小二乘意义下的展开相位解。经实验证明，该方法能够消除干涉图奇异点相位跳变，消除传统相位展开法所产生的“跳序”和“拉线”现象，恢复真实相位。     

Comparison of eight unwrapping algorithms applied to Fourier-transform profilometry

Phase unwrapping is a task common to many applications like interferometry imaging, medical magnetic resonance imaging, solid-state physics, etc. Fourier transform profilometry (FTP) values the height distribution of object, elaborating the interference between a plane reference grating and a deformed object grating. Since the height information is extracted from the phase of a complex function, the phase unwrapping is a critical step of the process. Several unwrapping algorithms are proposed in literature, but applied to measurement technologies different from FTP. The purpose of this paper is to define the performances of eight different unwrapping algorithms applied to FTP optical scan method and to define the best one. The algorithms chosen are: Goldstein's algorithm, quality guided path following method, Mask cut method, Flynn's method, multi-grid method, weighted multi-grid method, preconditioned conjugate gradient method and minimum L_p-norm method. The methods were tested on real images acquired by a FTP scanner developed and calibrated for these experiments. The objects used vary from simple geometries, like planes and cylinders, to complex shapes of common use objects. Algorithms were qualified considering the phase unwrapping errors, execution time and accuracy of the shape of objects obtained from the scan method in comparison with real ones. The results show that quality guided algorithm best fits in FTP application.     

条纹图象的数字化自动分析处理技术之二:相位分析法

相位分析法是目前光学条纹图象数字化自动分析处理中的最重要方法之一。本文较全面地介绍了相位分析技术,并对相位分析的关键技术--相位的滤波和解包络方法做了重点说明。文中给出了相位解包络的实例并讨论了图象数字化自动分析处理技术的实际应用状况。     

时间维相位重建的改进算法

提出了一种时间维-相位重建的改进算法:利用折叠位相图进行时间相位展开以提高算法效率;推导并调整了基于时间相位展开算法初始条件从而减少所需的二维编码条纹图,增加了算法的实时性.从而可以更加有效地解决深度表面不连续和存在隔离物表面拓扑结构的景物相位重建问题.实验结果证明了本文所提出算法的可行性及有效性.