一种新的相位测量轮廓术

首次提出了变精度二次测量轮廓术，利用这一技术，在相位过程中，对有断点及边介区域也能得到正确的去包裹相位值。文中讨论了相位恢复的误差容限。最后，把这一技术用于三维面形测量中，并得到了较好的实验结果。     

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。     

探测器像素尺寸对PMP测量精度的影响研究

以阶跃型反射率分布为例，分析了像素尺寸对相位测量轮廓术（PMP）测量精度的影响情况。仿真结果表明相位测量误差大小随感光单元覆盖的相位范围增加而增加，即采用高分辨率探测器可以得到高的测量精度；相位测量误差大小与阶跃在感光单元上的位置有关，存在导致最大误差的位置，并且该位置与阶跃相对幅值有关；相位测量误差大小随阶跃相对幅值增大而增大，偏向反射率高的方向。研究结果为PMP测量系统设计中图像探测器选择、测量精度评价提供了依据。     

相位测量轮廓术中三维坐标校准新方法

提出了一种新的用于相位测量轮廓术中的三维坐标校准方法。该方法用一个含有三个虚拟校准平面的标准块代替传统相位测量轮廓术校准方法中使用的标准平面，每个虚拟校准平面由多个高度相同但空间离散分布的子区域组成，相应的连续相位恢复是通过一个迭代过程实现的，同时各个子区域还被用于横向坐标的校准。由于各个虚拟校准平面间高度是垂直变化的，传统的相位展开不能得到正确的相对位置关系，基于等效波长概念，提出了一种准确的虚拟校准平面连续相位间相对位置恢复的办法。此校准方法的特点是：在校准过程中不需要标准平面的多次精确平移；仅需要一次测量就可以完成高度和横向坐标的同时校准。文中给出的实验结果说明了该校准方法的有效性和可行性。     

大动态范围形变测量

本文对激光散斑物体轮廓及形变测量和相移轮廓测量原理进行类比,首次提出大动态范围物体三维轮廓及形变测量方法。该方法具有测量原理简单、系统操作简便、测量精度高、测量动态范围大等特点,形变测量范围从亚微米级到毫米级。另外本文还推导了基于减模式激光散斑物体轮廓及形变测量的相位值计算公式。     

一种校正相位测量轮廓术量化误差的算法

为了减小相位测量轮廓术中因数字化设备内部结构的量化处理过程引起的相位量化误差,提高相位测量精度。针对相位测量精度要求较高且表面凹凸变化不大的被扫描物体提出了一种能够有效校正相位测量轮廓术量化误差的算法,测量相位中的每一个像素点利用其相邻像素点进行校正。实验结果显示,校正之后,相位量化误差标准差减小了41.38%,相位测量的精度得到了提高。     

彩色多通道光栅投影轮廓术

研究了一种双通道光学相位测量轮廓术。利用彩色空间中红色与蓝色互相独立、互不干扰的特性,将两个相位相反的线性周期变化的光栅分别放在红以与蓝色通道,形成彩色双通道投影光栅。用彩色ＣＣＤ获取图像,并和图像采集卡将图像送入计算机。从彩色图像的红色与蓝色通道可分别获得两个互相反相位的线性周期光栅的调制图。在一次采样中即可获得两个通道的测量结果,因而特别适用于动态测量。     

抑制相位测量轮廓术饱和误差相位融合算法

在相位测量轮廓术中,由于被测物体表面反射率过大,导致照相机捕获的图像中部分像素点强度值超过照相机的最大量化值,即光强度饱和。分析了光强度饱和引起的相位误差,提出一种相位融合算法。该算法通过查找归一化后的最大调制强度,提取其对应的相位,并将该相位作为三维重建的最终相位。实验结果表明,在理想情况及测量系统存在Gamma畸变时该算法均能有效地修复饱和误差。当测量系统存在Gamma畸变时,校正后相位误差均方根值相对于传统技术减小了58.86%。     

光学投影式三维轮廓测量技术综述

主要用于散射物体的宏观轮廓测量的光学投影式轮廓测量技术可以分为两大类：直接三角法和相位测量法。直接三角法包括激光逐点扫描法、光切法和新近出现的二元编码图样投影法。相位测量法以测量投影到物体上的变形栅像的相位为基础，包括莫尔法、移相法、傅氏变换法等等。本文以基于相位测量和光栅投影法为重点综述了光学投影式轮廓测量技术的几种典型方法，讨论了它们的优缺点，并分析了研究热点和发展方向。     

双步相移光栅投影测量轮廓术

双三步相移算法证明可以较大地减少数字光栅投影测量轮廓术的测量误差,基于理论分析与实验验证,针对常用的四步、五步相移算法,提出了相应的双四步、双五步相移算法。通过两次传统相移算法得到两幅主值相位图,直接融合两幅主值相位图即可获得测量所需的相位信息,与已有的针对两幅展开相位进行相位融合方法相比,此方法实现简单且更加有效。相较于双三步相移算法,双四步和双五步相移算法实现简单且能够极大地减少测量误差,仅需通过投影2倍数目传统相移算法所需的投影光栅,且可保持常用三步、四步及五步相移算法固有的优点。     

Micro-phase measuring profilometry: Its sensitivity analysis and phase unwrapping

Global illumination affects shape measurement accuracy, and phase unwrapping is an important problem in phase measuring profilometry. In this paper, a micro-phase measuring profilometry is proposed to reduce the effects of global illumination. The wrapped phase error level of the proposed method is lower than that of the traditional micro-phase shifting method. First, a frequency selection rule is developed in combination with the micro-phase rule to design the frequencies of the proposed phase measuring profilometry. The frequency rule is obtained by analysing the uncertainty of the wrapped phase caused by intensity noise. Then, phase unwrapping is regarded as a congruence problem, and the closed-form robust Chinese remainder theorem algorithm is adopted to determine the correspondence. Finally, the comparative experiments are conducted on a projector-camera system. Experimental results show that the effects of global illumination can be effectively reduced with the proposed phase measuring profilometry, and the proposed frequency selection rule is valid. In addition, the performance of the robust Chinese remainder theorem in addressing the phase error is better than that of traditional Chinese remainder theorem. Furthermore, the unwrapping accuracy can nearly reach 100% if the frequency selection rule is satisfied. Otherwise, the performance degrades.     

计算机立体视觉技术综述

计算机立体视觉技术主要有双像合成法、莫尔条纹法、傅立叶变换轮廓法、位相测量法、三角测距法、聚焦法、飞行时间法和光谱法。分析了各种方法的基本原理和主要优缺点,提出了一种新的方法———光谱法,并对该方法作了分析介绍,讨论了该方法的特点。     

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。     

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.     

基于位相测量轮廓术的三维数字化仪的实验研究

介绍了基于位相测量轮廓术的三维数字化仪的原理和系统结构 ,阐述了一种有效的三维数字化方法。该方法具有精度高、速度快、可实现自动测量等特点。     

利用空间坐标变换的三维测量系统

提出了一种新的三维面形测量合成方法，它可以用于大物体及具有复杂而形物体的多次测量，本文将空间坐标变换理论引入到三维面形测量中，并阐述了基于此物相转换方法及图像合成方法。测量结果表明，本方法可以基本消除传统方法中存在的问题，解决了三维测量中的一个瓶颈问题。     

基于偏振位相调制的位相轮廓测量

本文介绍了一种用来测量三维物体面形的位相轮廓方法，它是通过将正弦光场投影到被测物面，该光场被物体表面调制后发生位相改变，利用偏振位相调制及位相检测算法计算物面的位相分布，再根据几何关系实现对物体三维形貌的测量。实验装置采用一种偏振位相调制的干涉光场投影装置对光场进行简便而精确的移相，采用ＣＣＤ摄像机记录畸变光场，并用计算机处理和显示测量结果。文中给出了有关实验结果。     

基于梯形与正弦相移算法的非线性误差校正北大核心CSCD

相移轮廓术是一种广泛使用的光学三维测量方法,其精度不仅受相位展开算法本身的影响,也受测量系统中投影仪和摄像机的非线性影响。理论上,投射更多的相移条纹可减弱非线性误差的影响,但是增加了测量时间。为了提高误差校正的效率,提出了一种基于梯形正弦相移的测量方法。该方法需要两组改进的梯形相移条纹和一幅正弦条纹。梯形条纹提供图像强度信息和条纹级次信息,图像强度信息用来求取系统的非线性响应曲线,进一步消除系统的非线性。正弦条纹经过希尔伯特变换可求得额外的条纹图像,用来计算截断相位信息。经过校正的截断相位信息,可进一步获取精度较高的三维信息。相较于先前的梯形与正弦误差校正方法,该方法的测量效率提高了28%。