基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.     

基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.     

次条纹积分法解调位相的三维面形测量

提出一种新的条闰相分析技术用于三维面形自动测量。将光栅图案投影于物体表面上，投影像随物体三维面形变形，形变的投影像用次条纹积分算法分析，求出位相变化和相应的三维面形。     

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L-K局域光流的空间视线坐标法面形测量技术

提出了一种基于L-K局域光流的空间视线面形测量技术.测量系统由一个投影仪和一个CCD摄像机组成,采用小投影角度的投影方式.通过投影光线与视线(观测光线)的交点坐标,直接计算得出被测物体三维面形高度分布,其中条纹图中观察位置的变化由L-K光流算法计算得到.建立了在点光源投影条件下投影光线与视线交点坐标、光流与被测物体面形高度之间的关系.模拟与实验结果证明该方法能够准确恢复被测物体高度.与传统面形测量方法不同,视线光流面形测量技术不需要采集多幅条纹图像,也无需计算条纹频率和物体相位值,只需两幅条纹图即可恢复物体面形高度分布.     

二值条纹高速离焦投影的旋转风扇面形测量

傅里叶变化轮廓术将结构光投影与傅里叶条纹分析相结合,只需一帧变形条纹就可以重建被测物体三维面形,是动态三维面形测量中的首选。选择最适用于傅里叶变换轮廓术测量系统的二值条纹编码方法,对二值化后的正弦条纹进行离焦投影,既克服了普通商用数字投影仪的刷新频率限制和非线性响应影响,又能充分利用光学成像系统的低通滤波特性获得很好的高速正弦光场。设计搭建了一套高速离焦投影条纹并同步采集的三维面形测量系统,利用该测量系统对高速旋转的散热器风扇进行测量,得到任意采样时刻风扇扇叶的三维面形信息,重建完整的风扇转动过程。能进一步分析散热器风扇扇叶在高速转动过程中的形变,为散热器风扇材料选择以及改善其性能提供可靠的测量技术方案与原始数据,有效地拓展了动态三维面形测量的应用。     

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。     

三维面形测量数据的计算全息可视化

提出利用计算机制全息进行三维面形测量数据立体重现的技术。首先利用三维面形测量技术同时获取三维物体的强度和距离像；然后根据三维面形测量数据，设计和制作菲涅耳计算全息图；最后将计算全息和光学全息相结合，以菲涅耳计算全息图的光学再现像为对象，记录光学像全息。这样既解决了计算机制全息术中真实三维物体立体信息数据捕捉的问题，又为三维面形检测提供了一个行之有效的立体重构技术。给出了这种方法的原理、计算全息的设计、制作方案和实验验证结果。     

用条纹图形拼接法测量三维大物体面形

三维物体面形的测量在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量却存在着许多困难，诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理的测量三维大物体面形的方法：条纹图形拼接法，给出了数学模型、计算机模拟结果和实验结果。     

基于自适应条纹的高反光表面三维面形测量方法

提出了一种基于图像融合和插值预测的自适应条纹投影方法。该方法首先基于多幅掩模图像融合求取了最佳投影灰度值所需的饱和阈值,并结合插值预测查找算法求得了最佳投影灰度值;然后通过降低整体投影强度,在不饱和情况下进行了坐标匹配,最终生成自适应条纹;最后将生成的自适应条纹投射至被测物体,并利用外差式多频相移法进行了相位解算和三维面形重构。实验结果表明:所提方法实现了局部过曝区域的相位信息的完整提取,绝对方向和正向的平均误差与标准偏差值均小于传统方法,且绝对方向平均误差减少了84.1%,正向标准偏差值减少了69.4%。所提方法有效地解决了高反光物体三维面形测量的难题。     

对物体沿散斑片纵向移动二次曝光全息干涉条纹的诠释

从光学几何关系出发,推导了在平行光照明、物体沿散斑片纵向方向微小移动情况下的一种全息干涉条纹的解释方法.该方法可以根据任一瞬间的条纹间距测量物体的位移,并适用于实时全息监测的定量分析,对全息干涉计量术提供有效的条纹解释方法和物体位移的计算方法.     

Visualized measurement of the acoustic levitation field based on digital holography with phase multiplication

By using digital holographic interferometory with phase multiplication, the visualized measurement of the acoustic levitation field (ALF) with single axis is carried out. The digital holograms of the ALF under different conditions are recorded by use of CCD. The corresponding digital holographic interferograms reflecting the sound pressure distribution and the interference phase distribution are obtained by numerical reconstruction and phase subtraction, which are consistent with the theoretical results. It indicates that the proposed digital holographic interferometory with phase multiplication can successfully double the fringe number of the interference phase patterns of the ALF and improve the measurement precision. Compared with the conventional optical holographic interferometory, digital holographic interferometory has the merits of quasi real-time, more exactitude and convenient operation, and it provides an effective way for studying the sound pressure distribution of the ALF.     

用于超声悬浮场可视化的光学全息相位倍增方法研究

基于二次曝光全息干涉测量原理,采用四倍相位倍增光路对声悬浮声压场分布进行了可视化研究.拍摄了给定模式的超声悬浮场在不同超声换能器激励电流时的光学全息图并进行光学再现,由再现光波的全息干涉条纹图样得到了反映声压场分布的光波波前相位变化,并进行了对比分析.结果表明,与无相位倍增光路相比,采用四倍相位倍增光路可使同一声压场的全息干涉条纹数目大大增加,测量灵敏度明显提高,为进一步研究声悬浮场声压分布提供了一种有效方法.     

Measurement of shock waves using phase shifting pulsed holographic interferometer

A phase shifting pulsed holographic interferometer was applied to the experimental study of the propagation of laser-induced shock waves over metal plates. A double-pulsed ruby laser was used to generate the shock waves and to make a holographic interferogram of the wave fields. The phase shifting method with a dual-reference beam solved the sign ambiguity problem in holographic fringe patterns and allowed a quantitative evaluation of the phase of the interference patterns. The transient surface profile and propagation behavior of the shock wave over plates were investigated from the holographic fringe patterns.     

Computer generated optical holographic fringe patterns for the analysis of vibrating structures

Optical holographic interference fringe patterns on rods and bars vibrating in ultrasonic resonance (standing waves) are predicted by computer simulations. The simulations are based on a combination of finite element calculations with calculations based on the theory of holographic interference fringe generation. The hypothetical fringe patterns are then compared to holographic fringe images obtained by the experiment (time average holograms). The holographic arrangement and the mechanical part of the ultrasonic system (transducer, horn and specimen) were fixed on a commercial rigid optical table supported on air bags to isolate it from ground vibrations. Thus it is shown that the scope of the study can be reached with a minimum of experimental effort, i.e., with basic laser optical equipment. It is shown that provided the system operates in the desired mode, good agreement between the theoretical and the real image is given. Finally examples of the possible influence of defects or of parasitic modes of vibration on the appearance of the fringe patterns are given.     

Real-time color holographic interferometry devoted to 2D unsteady wake flows

A new optical technique based on real time holographic interferometry in true colors has been implemented around the transonic wind tunnel of the ONERA-Lille center to analyze 2D unsteady wake flows. Tests realized in color interferometry, real time and double exposure, use simultaneously three wavelengths of a continuous waves laser (argon and krypton mixed) and holograms are recorded on silver-halide single-layer panchromatic Slavich PFG03c plates. The very principle of real-time true color holographic interferometry uses three primary wavelengths (red, green and blue) to record, under no-flow conditions, the interference among the three measurement beams and the three reference beams simultaneously on a single reference hologram. After the holographic plate is developed, it is placed on the test setup again in the position it occupied during exposure and the hologram is illuminated again by the three reference beams and three measurement beams. A flat, uniform color can then be observed behind the hologram. So a horizontal, vertical, or even circular fringe pattern can be formed and the achromatic central fringe can be made out very clearly. The single color is used to determine the path difference zero on the interferograms. The flow studied was the unsteady flow downstream of a cylinder placed crosswise in the test section. A sequence of hundred interferograms was recorded on the flow around the cylinder at Mach 0.37. The vortex formation and dissipation phases can be seen very clearly, along with the fringe beat to either side of the cylinder.     

一种制作投影灰度正弦光栅的新方法

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件,并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度,提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析,指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因,并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明,采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录,并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域,可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.     

制造全息光栅的新装置

本文报道一种利用洛埃镜原理制造全息光栅的新装置及其调整方法.该装置具有光学系统简单,干涉条纹定位精度高和调整方便等优点,可制造性能良好的全息光栅.     

利用激光全息干涉测量梁的微小位移

全息干涉测量利用二次曝光记录物体在不同载荷状态下的相对位移场.通过在干板上记录和比较不同状态产生的光波的干涉,可以得到在不同载荷时干涉条纹随物体位移的变化情况,实现对物体微小变形、微小位移量的测量.本文利用激光全息干涉技术测量了金属梁的微小位移量,计算得到金属梁的弹性模量和挠度.     

在粗糙表面上用液晶空间光调制器进行振动测量

为实现在一段时间内连续实时观测振动物体的全息干涉图形,采用覆盖铝箔的喇叭作为振动物体,利用铝箔原有未经特殊处理表面反射的漫反射光成像,并用光寻址液晶空间光调制器(Liquid crystal-sparial lightmodulator,LC-SLM)作为全息记录载体,来实现振动测量。实验中采用时间平均干涉测量法,得到了不同振动频率下物体的干涉图形。同时在连续改变振动物体的振动频率时,可以清晰地观察到物体振动全息干涉图形的变化过程,即近实时的全息干涉图形。