有损压缩JPEG在相移法位相解调的应用评估

探讨了基于JPEG的有损压缩方法在相移法位相解调中的应用前景。简介了当今流行的JPEG有损压缩技术和相移技术。针对三维测量中的相移技术,使用专业软件对四步相移法中拍摄的图像进行各种压缩比的压缩,解压后再解调出相位,与未经压缩的原图解调出的相位进行比较。指出图像的压缩对于相位的解调是有影响的,尤其是对于图像的边缘部分,变化较大,噪声较强,压缩丢失信息,解压后解调出的相位误差较大,但随着压缩比的下降,压缩质量的提高,解调出的相位误差不断下降。     

基于经验模式分解的三频彩色条纹投影轮廓术

为实现动态物体的实时三维测量,提出了一种基于经验模式分解的三频彩色条纹投影轮廓术。将低、中、高三种频率的正弦条纹分别经投影仪红(R),绿(G),蓝(B)通道同时投影至被测物面,CCD在另一角度拍摄变形条纹图。将变形条纹图R、G、B三分量互减消减背景干扰,用经验模式分解进行颜色解耦,分离各载频项,进而以傅里叶变换解调相位。以变精度去包裹算法按低、中、高频依次完成包裹相位展开,得到高频载频项的展开相位。计算机模拟时相位解调的标准差小于0.0417rad,具有较高的测量精度;对比实验和面部表情变化实验进一步说明了方法的可靠性。该方法在单次拍摄下实现了相位的解调及高精度相位的精确展开,为动态物体的高精度轮廓测量提供了有效的手段。     

小波变换在载频条纹相位分析法中的应用研究

为了克服在非平稳信号分析中傅里叶变换的全局性缺陷,以及窗口傅里叶分析的单一分辨率和伸缩窗口傅里叶分析的尺度不确定性问题,采用伽博解析小波变换技术对空间载频光栅条纹进行相位分析,有效地提取出相对于载频条纹基频的完整相位信息,从本质上解决了上述问题。以三维轮廓术为例,与傅里叶分析进行了对比研究,给出了小波分析应用在空间载频条纹相位分析中详细而完整的理论推导证明、计算机模拟以及实验验证结果。     

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。     

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。     

一种基于傅里叶变换的分析载波条纹的新方法

针对传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时会有边缘效应产生的问题,提出了一种基于傅里叶变换法的外推延拓方法,并从理论上进行了数学推导。为了验证这种方法的正确性,分别对一维数字信号和二维空间载波条纹图进行了数值模拟,进一步分析了误差产生的原因,并与传统的傅里叶变换法对比。结果表明该法可以有效抑制传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时边缘效应所造成的较大误差,在基于空间域相位调制技术的波面干涉测量中,对空间载波条纹图进行处理,可以使相位的计算精度达到3.3 mrad。     

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。     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

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。     

A theoretical comparison of three fringe analysis methods for determining the three-dimensional shape of an object in the presence of noise

Various levels of random noise have been added to simulated digital images of a spherical dome illuminated by fringes projected from an offset angle. The noisy images have then been analysed using Fourier transform profilometry, phase shifting profilometry and spatial phase detection. The theoretical dome was subtracted from the domes reconstructed using these methods to form error maps. The maximum and RMS errors for each error map were calculated and plotted against the added noise level. At low levels of added noise the phase shifting method produced the lower errors, but above around 10% noise the Fourier transform method was better. Only at very high levels of added noise did the spatial phase detection method achieve the lowest errors.     

Single fringe projection profilometry based on sinusoidal intensity normalization and subpixel fitting

A novel fringe projection profilometry using a single sinusoidal fringe pattern projected is proposed. Computer-generated sinusoidal fringe and uniform intensity patterns are firstly projected on a testing object by a liquid crystal display projector. The variable reflection intensity of a fringe pattern is then roughly normalized by division operation applied to the grabbed fringe and uniform intensity patterns projected. Fringe intensity is further normalized by employing an interpolation algorithm. The deformed sinusoidal pattern encoding object shape is converted to a wrapped phase map without using phase-shifting or Fourier transform. Computer simulation and experimental performance are evaluated to demonstrate the validity of the proposed method. The experimental results compared with those of the four-step phase-shifting and fast Fourier transform methods are also presented.     

Gamma-distorted fringe image modeling and accurate gamma correction for fast phase measuring profilometry

In fast phase-measuring profilometry, phase error caused by gamma distortion is the dominant error source. Previous phase-error compensation or gamma correction methods require the projector to be focused for best performance. However, in practice, as digital projectors are built with large apertures, they cannot project ideal focused fringe images. In this Letter, a thorough theoretical model of the gamma-distorted fringe image is derived from an optical perspective, and a highly accurate and easy to implement gamma correction method is presented to reduce the obstinate phase error. With the proposed method, high measuring accuracy can be achieved with the conventional three-step phase-shifting algorithm. The validity of the technique is verified by experiments.     

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。     

Gamma畸变的相位误差模型与Gamma标定技术

Gamma畸变是数字相移测量技术的主要误差源。以通用的均匀步长相移技术为对象,分析了Gamma畸变对相位计算的影响,建立了相位误差与谐波系数的关系模型,证明了各阶谐波系数在Gamma值影响下的递推公式,进而提出了基于离散傅里叶变换的Gamma标定技术。基于此Gamma标定值,通过Gamma预矫正降低相位误差。实验结果表明,标定的Gamma值在整个像平面具有较强的稳定性,Gamma矫正后使相位误差减小了77.5%,在曲面测量的结果中,水波纹明显得到抑制,曲面质量得以提高。     

Improved composite Fourier transform profilometry

An improved composite Fourier transform profilometry (ICFTP) is proposed through optimizing the composite grating. Compared with the composite Fourier transform profilometry (CFTP), the frequencies of the two sinusoidal images modulated along the orthogonal direction in the optimized composite grating are not equal. The overlapping degree of Fourier spectrum of the optimized grating is lowered. The measuring accuracy is improved because two frequencies are used to calculate phase more accurately. By using a more advantageous flat image extracted ingeniously from the optimized grating, the zero component of the lower frequency sinusoidal image in the Fourier spectrum can be eliminated. So the measuring range is extended the same as that by the π phase shifting technique. Both numerical simulation and experiment demonstrate the feasibility and validity of the proposed method.     

基准光栅重构傅里叶变换轮廓术

应用傅里叶轮廓变换术进行三维形貌测量中,为了获得待测物体的高度相位信息,通常需要采集两幅图像.因此当光学系统发牛变动时,必须重新采集基准光栅图像,不利于快速测量.提出一种从变形光栅图像中获取基准光栅图像信息的测量方法.首先在变形光栅图像中记录基准光栅信息,然后通过傅里叶分析提取基准光栅频率信息,通过图像分析获得基准光栅相位信息,最后重构出一幅完整的基准光栅图像,实现三维物体形貌测量.实验结果验证了该方法的可行的.     

基于载频条纹相位分析的畸变测量和校正

为了对图像畸变进行测量和校正,利用纵向朗奇(Ronchi)载频条纹作为测量模板,通过成像系统获取畸变光栅条纹.运用傅里叶变换对畸变条纹图像进行频谱分析、滤波提取基频信息,直接从畸变图像的中心无畸变区域提取理想条纹像信息.通过相位分析提取包裹相位并解包,获得畸变光栅条纹的径向畸变相位分布规律.将该分布规律转化为径向位置畸变分布规律,并结合双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.实验结果证明该方法是有效的.     

Method for eliminating zero spectrum in Fourier transform profilometry

Windowed Fourier transform (FT) is introduced into Fourier transform profilometry (FTP) to extract zero component included in deformed fringe pattern without capturing two fringe patterns with π phase difference. First, we extract zero component of deformed fringe image using windowed FT and normalize it, then calculate the normalized Fourier spectra of deformed fringe image, finally subtract the zero component from Fourier spectra of deformed fringe image. We give the theoretical analysis of the proposed method. The experiment is carried out to demonstrate that the method can eliminate zero component and extend the measurable slope of height variation to nearly three times of the conventional FTP.