新的基于条纹投影轮廓测量的系统标定方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统标定模型,新模型不要求投影装置和成像系统的光心连线与参考面平行、成像系统的光轴垂直于参考面及投影装置和成像系统的光轴相交。基于该模型得出了新的相位高度映射关系,其待定系数与成像点的坐标无关。实际测量中只需2个高度不同的标准块便可以求得待定系数。对4个标准块进行高度测量,得到的最大相对误差为06%。实验证明:该标定方法简单有效,提高了系统标定的可操作性和测量精度。     

新的基于条纹投影轮廓测量的系统标定方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统标定模型,新模型不要求投影装置和成像系统的光心连线与参考面平行、成像系统的光轴垂直于参考面及投影装置和成像系统的光轴相交。基于该模型得出了新的相位高度映射关系,其待定系数与成像点的坐标无关。实际测量中只需2个高度不同的标准块便可以求得待定系数。对4个标准块进行高度测量,得到的最大相对误差为0.6%。实验证明:该标定方法简单有效,提高了系统标定的可操作性和测量精度。     

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。     

提高多频条纹投影相位提取精度的反向误差补偿法

为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等,符号相反的两幅主值相位图,二者运算后误差得以抵消,与多频法相结合从而得到精确的绝对相位值。采用标准平面对提出的方法进行实验验证,并与最近提出的希尔伯特变换补偿方法以及典型相位补偿方法进行比较。实验结果表明,所提方法能有效提高相位测量的精度和速度。通过对自由曲面以及表面不连续物体进行相位误差补偿,进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

光栅投影相位法系统模型及标定方法

本文针对传统投影光栅相位法的光学三角法模型进行了改进,采用直入射光路并配合使用一种简便易行的标定方法,只需使用相移公式求取相位差,而不会引入与系统几何位置关系有关的量,简化了求取高度矩阵的要求。实验结果表明,新系统模型精度良好,测量误差为0.107 mm。采用该模型和标定方法可以克服传统方法系统模型的局限性,最大限度减少误差源并提高抗干扰性。     

多频光栅物体高精度廓形三维测量及重建研究

针对目前实际系统中，由于噪声的存在，单频光栅逐点解相时无法获得全场相位值，导致对廓形复杂、体积小物体的重建精度低，提出多频结构光栅投影实现体积较小、形貌复杂物体的高精度重建。系统算法基于随时间序列变化改进的四步相移法对多频光栅进行解相，多频光栅解相是对每种频率的光栅单独展开相位，每种频率的光栅解相是逐点进行的，单频光栅中因噪声得到不连续的相位可通过其他频率光栅拟合修补，得到一个全场范围内连续的相位。经实验单频结构光测量体积小、形貌复杂物体的误差范围为0.1 mm～0.5 mm，而文中所提出方法精度达到了0.03 mm～0.05 mm，该方法精度提高了10倍左右。     

一种基于双参考平面的等相位坐标标定方法

栅线投影三维测量中通过标定技术把二维的相位信息转化为高度信息,提出了一种基于双参考平面的等相位坐标标定方法。该方法利用被测物体上相位和两个参考平面上相位相同的位置坐标,通过线性插值得到物体表面的高度,而不是传统方法中将物体上的相位直接减去参考平面上同一坐标下的相位得到绝对相位,再建立高度和绝对相位之间的函数关系(将此类方法称为等坐标相位法)。所提方法能够同时解决相位-高度转换以及由于栅线投影系统的非线性响应导致的非正弦性误差的问题。理论和实验证实了该方法的有效性。结果显示,等相位坐标法得到的主要由条纹的非正弦性引起的均方根(RMS)误差不到等坐标相位法的一半。     

结构光测量中的高精度相位误差补偿算法

在模拟分析投影仪伽马非线性对相位误差影响的基础上,提出一种直接分析投影光栅特征并建立相位误差查找表的算法.对相位误差进行补偿.该算法通过分析一组投射到标准白色平板上的光栅图像,确定光栅相位值与相位误差的对应关系,并量化存储在一个查找表中,测量过程中使用查找表对相位误差进行补偿.实验结果表明.该方法可大大降低由投影仪伽马非线性引起的相位误差,系统测量精度达到0.043 mm,比误差补偿前提高了5.6倍.     

基于几何约束的自适应相位解包裹算法

提出一种通过相机和投影仪的空间几何约束来展开相位包裹的方法,只需要对结构光投影测量系统进行标定,不需要进行传统的时间或空间相位展开.通过投影单周期条纹得到物体的大致高度信息以确定虚拟深度平面,在虚拟平面z0min处,根据结构光系统的标定参数创建最小绝对相位图,物体的包裹相位逐像素与进行比较,即确定条纹级数,实现相位解包裹.该方法具有良好的鲁棒性,对硬件要求低,采集图像少并且不需要额外的物体来获得z0min,能够实现自适应动态测量.实验结果表明,在同等条件下,与传统时间相位展开方法相比,该方法的相对误差降低了14.33%,同时简化了测量方法,能够有效实现物体的三维形貌测量.     

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...     

基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法

为了提高测量速度,提出一种基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法,只需采集一帧图像,就能实现高速测量以及动态物体轮廓测量中的相位去包裹。论述了双频相位测量和变精度去包裹原理,并详细分析影响测量精度的因素。该方法采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图,用液晶数字投影仪投影,并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析,获得高低两种精度的被测物体高度信息,从而进行变精度去包裹处理。结果表明,利用该方法提高了测量速度,可得到较高的去包裹精度,其测量最大绝对误差为 1．413～-1．582 mm,标准差为0．363 mm。     

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。     

A fast,accurate phase unwrapping method for wavelet-transform profilometry

A novel phase unwrapping method used in wavelet-transform profilometry is presented to improve the accuracy and speed of the unwrapping process. The wrapped phase of the fringe image is extracted by using wavelet transform. How to establish quality map using scale factor at wavelet ridge is discussed firstly. The proposed method can reflect the reliability of the pixels in fringe image effectively. As the consuming time of traditional flood-fill phase unwrapping algorithm is too long, an improved quality-guided method is used in phase unwrapping process. We divide the wrapped phase map into two levels following the established quality map, and process these two levels using different algorithms. Compared with the traditional flood-fill algorithm, we can get the accurate result while the consuming time of the phase unwrapping process is much less by using the proposed method. Simulation and experiment results verify that the 3D information of the measured object can be obtained rapidly and accurately by using the proposed method. Also the dynamic object can be measured too.     

基于彩色光栅投影的快速三维测量方法

 针对条纹投影术提取物体高度信息的问题,提出了一种新的基于彩色光栅投影的三维测量方法。对选取G分量为255,R,B分量各取0或255而组成的青、白、黄、绿四色遵循格雷码原理进行编码,然后将G分量作正弦调制形成投影光栅投向被测物体。提取采集到的光栅变形图中G分量,利用傅里叶变换方法得到其初始相位;同时对采集到图像中的R,B分量作阈值迭代分割而G分量自动赋值为255,综合三分量信息得到条纹颜色信息进而获取条纹的周期信息,从而展开相位。全过程仅需投影一幅彩色光栅图就能完成三维测量,实验结果表明该算法易于实现,在测量实时性和精确性上表现良好。     

用于实时三维成像的双频结构光编解码方法

对三维重建中的实时性问题进行了研究,提出一种新的结构光双频测量方法。首先,投影光栅将基频正弦图案和高频正弦图案结合在一起,并保留一张图片作为直流分量,高频图案用于得出鲁棒性较好的高频相位信息,基频图案得出基频相位,并对高频相位进行展开,共5幅图片。其次,用相应的解码方法计算每一像素点的相位,滤除噪声干扰,得到照相机与投影仪的对应关系。最后,根据相位计算出每一采样点的三维坐标,实现三维重建。实验结果表明:计算得到的相位误差的方差为5.559 110-6 rad2,扫描时间为0.156 3 s,在保证实时性的同时有相对较高的精度。对表面深度变化复杂的物体进行三维测量,验证方法的可行性。相比较于传统的双频测量方法,本方法将投影图片数量减小到5幅的同时保持了较好的精度,可应用于扫描动态物体。     

A new method for information retrieval in two-dimensional grating-based X-ray phase contrast imaging

Grating-based X-ray phase contrast imaging has been demonstrated to be an extremely powerful phase-sensitive imaging technique.By using two-dimensional(2D) gratings,the observable contrast is extended to two refraction directions.Recently,we have developed a novel reverse-projection(RP) method,which is capable of retrieving the object information efficiently with one-dimensional(1D) grating-based phase contrast imaging.In this contribution,we present its extension to the 2D grating-based X-ray phase contrast imaging,named the two-dimensional reverseprojection(2D-RP) method,for information retrieval.The method takes into account the nonlinear contributions of two refraction directions and allows the retrieval of the absorption,the horizontal and the vertical refraction images.The obtained information can be used for the reconstruction of the three-dimensional phase gradient field,and for an improved phase map retrieval and reconstruction.Numerical experiments are carried out,and the results confirm the validity of the 2D-RP method.     

A novel 3D measuring method for discontinuous object by non-integral twin-frequency grating

A new 3D shape measurement method based on non-integral twin-frequency grating projection is proposed. In this paper, the projected composite grating is composed of two sinusoidal gratings, and the quotient of whose frequencies is not an integer. By using appropriate phase-shifting algorithms, two wrapped phases can be obtained from sixteen frames of the distorted grating patterns. In aid of appropriate phase unwrapping method, the unwrapped phase of high frequency fringe is obtained only from the relation of the two wrapped phases by a pixel-to-pixel phase unwrapping technique. Therefore the unwrapped phase of high frequency fringe pattern is independent of the low frequency fringe pattern, different from traditional integral twin-frequency grating projection methods in which the phase unwrapping error of low frequency fringe pattern may be propagated onto the unwrapped phase of high frequency fringe pattern. The new theory proves that the proposed method is applicable to measure discontinuous object, and has considerable measurement accuracy.     

3-D shape measurement based on complementary Gray-code light

A combination of phase-shift with Gray-code light projection into a three-dimensional (3-D) measurement system has been exploited to digitalize 3-D shape information of a tested object, even with a discontinuous surface. Unfortunately, the phase unwrapping will fall into an error, when an improper value of Gray coding is caused by mistake at the partial boundary of two adjacent binary words. To this end, a new complementary Gray-code method is proposed in this paper as well as the corresponding phase-unwrapping method. This problem of phase unwrapping could be cleverly solved by projecting an additional Gray-code pattern to extend this code and using the different and complementary boundary locations of the traditional and additional codes. The results of computer simulation and experiment confirm that this proposed method based on complementary Gray-code can reliably reconstruct the nature phase distribution of the tested object with only one extra fringe pattern.     

基于曲面分割的三维点云物体识别

提出了一种基于局部描述符的三维点云物体识别算法.算法首先得到点云的邻域、法线矢量等相关信息,通过邻域进一步得到形状索引值.特征点的提取以形状索引值为依据,以每个特征点为基点对曲面根据欧式距离和矢量夹角分割.分割的曲面片进行等间距划分为多个欧氏距离同心圆,以特征点切平面为基平面投影,并进行等角度抽样,通过抽样点相对特征点的法线矢量及测地距离变化曲线,建立曲面片的二维描述,从而把三维识别转化为二维.根据算法建立模型数据库,给定一个物体,通过和模型数据库中的曲面描述进行比对,得到潜在的识别结果,再通过迭代最近点算法,得到最终的识别结果.最后,通过大量具体实验验证了算法的有效性,并给出了算法的计算复杂度及耗时对比分析,说明了算法的高效性.     

基于格雷码的分区间相位展开方法

格雷码因具有良好的鲁棒性和抗噪性,被广泛应用到结构光投影三维成像方法中。在三维测量过程中,由于设备以及其他环境噪声的影响,格雷码方法解码条纹级次边沿和截断相位边沿通常无法处于理想的对齐状况,使得展开的相位出现跳变现象。为了更好地避免级次跳变误差,使得边沿跳变区域的容错宽度更大,提出基于格雷码的分区间相位展开方法。在互补格雷码基础上增加一幅格雷码图像,利用所有格雷码解得附加码字,通过对附加码字进行不同位移量的条纹级次映射,得到2个辅助条纹级次。利用所有条纹级次,对截断相位进行分区间相位展开,在边沿跳变区域错误大于半个周期时,仍能获取到无跳变现象的展开相位。实验结果表明,当边沿错误区域宽度小于3/4个条纹周期宽度时,可以有效避免级次跳变产生的误差。