一种基于PMP的圆型流水线上工件的三维在线检测方法

提出了一种基于PMP原理的对圆形流水线上工件面形进行在线检测的方法。利用DLP将一环形正弦光栅图投射在圆型流水线上某一区域，使用相移器在物体运动方向的垂直方向上进行相移，实现了圆周运动物体各物点相移一致性，同时由于相移方向与物体移动方向垂直，工件移动不会影响相移量，相移量可以较精确地控制。通过采用参考标记和图像旋转恢复可实现N帧变形条纹图像的像素匹配，从而提取三维物体的截断相位，经过相位展开，得到连续相位，并由相位最后解调出物体的高度信息。通过计算机仿真验证了方法的可行性。该方法具有在线、快速，非接触性等特点。     

基于SURF算法的在线三维测量方法

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点,实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上,使投影光栅线垂直运动方向,当物体每移动相同的距离,由CCD采集到相应的变形条纹图,从中提出对应的背景光场,借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配,即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图,从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性,并与在线FTP方法进行了比较,所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一,均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.     

一种采用相位测量轮廓术的工件在线三维检测方法

提出了一种基于相移轮廓术在线检测工件三维信息的方法.利用计算机编程产生的一固定正弦光栅图通过数字投影机投射在流水线的一段区域,无需专门的相移装置,当物体在线移动穿过此区域时,使用计量光栅等距离定位发信,控制CCD采集五帧变形条纹图,并采用具有一定特征的标记实现五帧变形条纹图间的亚像素级像素匹配,提取相移变形条纹图,由Stoilov算法计算,得到工件表面截断相位,展开后可得到物体表面三维信息.实验验证了其可行性.     

相移正交物体运动方向的在线相位测量轮廓术

提出了一种新型的基于相位测量轮廓术(PMP)的在线三维检测方法.只需要使投射的条纹相移方向与物体移动方向垂直,尽管由于物体运动使CCD采集变形条纹中物体坐标不一致,但通过像素匹配,可以使各帧图像物点坐标一一对应,得到与传统静态PMP等效的相移条纹图,即可重构出物体,实现在线三维测量.对一实平面进行了在线与静态PMP测试对比实验.结果显示该在线PMP方法与传统静态PMP方法的均方差之差仅为0.007mm,表明该在线PMP方法具有高精度性;对一实物进行了在线测试实验,很好地重构出了被测物体的三维轮廓,从而验证了该方法的可行性和有效性.     

基于改进网格运动统计特征的在线三维测量

为了解决在线三维测量技术中像素匹配耗时长,准确率低等问题,提出了一种基于改进网格运动统计特征的像素匹配算法。该方法只需一帧固定的正弦光栅投影到被测物体上,由摄影系统连续采集五帧物体在相等位移下的变形条纹图,提取出相应的调制度信息,并利用快速旋转不变性特征算法提取图像的特征点匹配对,然后利用改进的网格运动统计特征算法来实现误匹配对的剔除。最后根据在线三维测量中对其精度要求很高的特点,取其出现位移量最多的值以获得一组相移量相等的条纹图,采用等步相移算法重建出在线移动物体的三维形貌。大量实验验证了该方法的可行性和有效性,与传统的在线傅里叶变换轮廓术算法进行对比,所提方法的鲁棒性更高,能够恢复出更高精度的三维面形。     

一种无需标记的在线三维测量方法

提出了一种无需标记的物体在线三维面形测量方法。将一固定的正弦条纹投影到待测运动物体上,借助物体运动产生等效的相移变形条纹。基于傅里叶变换轮廓术的调制度对各帧变形条纹计算,提取其具有某一特定分布的特征区域,采用相关度最大法,检测各帧变形条纹对应的调制度特征区域的位移量来检测出物体的移动,从而实现像素匹配,得到一组像素坐标完全一一对应的等效相移变形条纹图。利用Stoilov相移算法得到物体的截断相位,利用位相展开算法展开位相,通过位相和高度映射即可实现在线移动物体的面形测量。通过计算机仿真验证了该方法的可行性。     

一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法

提出了一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法。采用三帧具有π2的相移正弦条纹分别编码到红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个颜色通道中,组合成单帧彩色复合光栅,当该彩色复合光栅投影到待测物体上,仅需获取单帧彩色变形条纹并从中分离出相应的具有π2相移的三帧单色相移变形条纹,由于不同颜色通道之间存在颜色串扰以及色度不均衡问题,采用最小二乘法对分离出的三帧单色相移变形条纹直流项进行背景一致性校正,从而获得三帧校正后的单色相移变形条纹,运用所建立的三维重构物理模型,即可恢复物体的三维形貌。实验验证了该方法的可行性和实用性。进一步的实验表明,该方法的测量精度优于传统单帧彩色PMP。因为所提方法仅需一帧彩色复合光栅即可恢复物体的三维形貌,在实时三维测量中具有很好的应用前景。     

利用频闪结构光测量旋转叶片的三维面形

在对快速甚至高速运动物体进行研究时,需要对运动物体各个时刻的三维面形和形变量进行数字化描述。提出了一种利用频闪光作为结构照明光源,基于傅里叶变换轮廓术对旋转叶片每个时刻的三维面形和变形量进行动态测量的光学方法。使用自行设计的同步控制单元对风扇叶片旋转位置进行检测,用该检测信号同步驱动频闪结构光源的发光和图像采集系统“冻结”记录下旋转叶片表面变形条纹的瞬时图像,再运用傅里叶变换轮廓术计算出每一瞬间时刻旋转叶片的三维面形,分析这些三维面形数字化结果可以进一步得到旋转叶片的变形量。通过对家用电风扇的实验,验证了该方法的合理性和可行性。该方法可望在高速运动物体的面形和变形研究上有广泛运用。     

一种用于在线三维测量的五步非等步相移算法

提出了一种五步非等步相移算法,并成功应用于在线三维测量中。仅投影一固定正弦光栅条纹到物体上,通过物体在线运动产生等效相移,在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图,通过像素匹配使各帧条纹图中的物点一一对应并计算出相应的等效相移量。采用所提出的五步非等步相移算法,即可重构物体。计算机模拟与实验验证了该方法的可行性和有效...     

频闪激光光栅条纹实时投射系统

设计了一种高速扫描频闪激光光栅条纹实时投射系统。系统通过现场可编程门阵列(FPGA)实时监测光电探测器信号并控制激光器的调制输出,使高速旋转的多面棱镜与线激光器调制信号精确配合产生稳定、清晰、精密的频闪激光光栅条纹。系统结合了光栅条纹整体投射和线激光光源高精度的特性,具有刷新速度快、条纹分布精度高的特点,且亮度、频率、脉宽、相移可动态编程实时控制。应用该系统对微小尺寸器件进行了测量,获得了准确反映被测器件三维形貌的相位和特征点数据。该系统在高精度快速三维形貌测量中,尤其是工业现场精密器件在线三维检测场合具有广泛的应用前景。     

一种新的非球面零朗奇检测法

提出一种新的零朗奇检测法用于测量大口径非球面镜的面形。利用光线追迹和正弦条纹的相位信息设计补偿正弦光栅。使用透射液晶显示屏显示补偿正弦光栅并作为相移装置。一个离轴点光源发出的光被镜面反射后通过补偿正弦光栅,摄像机记录携带镜面偏差信息的相移条纹图。通过对相移条纹图的分析确定被测镜面的实际横向像差以及对应的理想横向像差,然后基于朗奇检测的几何原理得到被测镜面的偏差梯度,对其积分获得被测镜面的偏差,进而重建被测镜面的三维面形。与传统的零朗奇检测法相比,这种方法可以消除补偿光栅上每个条纹带边缘的锯齿形状,而且可以获得镜面上足够多的待测点信息。计算机模拟和初步实验验证了该方法的可行性。     

一种快速的调制度测量轮廓术

调制度测量轮廓术是一种垂直测量的三维面形测量方法,可以测量表面有剧烈变化的复杂物体.提出了一种基于正交方向空问载频的快速调制度测量轮廓术.该方法将两个具有一定间距且正交的正弦光栅同时成像在被测物体上,并使被测物体位于两个光栅成像面之间.采用空间频域滤波将正交光栅图像分离,得到被测物体经正交光栅调制的两个调制度图像,利用其比值和高度的对应关系恢复出物体高度.该方法只需采集一幅图像,即可恢复出物体高度,具有三维信息实时采集的特点.实验结果表明,利用该方法可以快速且较为准确地恢复出物体的高度信息.     

一种改进型Stoilov算法相位测量轮廓术

提出了一种采用主动控制相移量的改进型Stoilov算法,按主动设定的相移量事先设计好五幅完全等相移正弦光栅图,由计算机编程控制数字投影仪依次投影该五幅光栅至待测物体表面,并对应采集五帧变形条纹,用所设定的相移量直接替代Stoilov算法中由变形条纹图解算的相移量,提高了相位提取和三维重构准确度.实验结果表明,平均绝对误差优于0.07,均方差优于0.07.     

基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法

物体的运动使变形条纹图中物体像素点不对应,因此需要对物体做像素匹配。提出了一种基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,CCD同步采集相同步距时刻受物体调制的变形条纹图。采用傅里叶变换轮廓术(FTP)方法对采集的变形条纹预测物体不同位置的相位信息,并以该相位信息的特征做像素匹配,实现了物体在各帧条纹图中的像素一一对应,同时匹配后的变形条纹产生等效的等步相移,进而采用等步长相移算法来重构在线运动物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性和可行性。同时,与在线FTP方法进行比较,在线FTP方法和本文方法的均方根误差分别为1.013mm和0.024mm,表明该方法对在线三维测量具有较高的测量精度。     

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。     

基于调制度层析的在线三维测量方法

调制度反映相位展开可靠性的程度,与物体本身灰度和形状有着紧密的关系,因此可作为测量的特征标记。提出了一种采用调制度层析实现在线三维测量的方法。通过投影一固定的正弦条纹到待测运动物体上,借助物体运动可产生等效的相移变形条纹。利用基于傅里叶变换轮廓术调制度模型计算各帧等效的相移变形条纹的调制度,并采用层析方法从各帧调制度分离出反映待测物体的调制度层析特征,以该层析信息作为特征模板,实现像素匹配,从而获取各帧具有一致像素坐标的等效相移变形条纹,实现在线移动物体的三维面形测量。实验证明了该方法的可行性和实用性。     

一种快速获取物体三维形貌和纹理信息的算法

提出了一种新的快速获取物体三维形貌和纹理信息的方法。利用数字投影仪将2幅彩色编码的正弦相移光栅图投影到被测物体表面,彩色相机捕捉经物体调制后的变形条纹图。提取RGB三基色,可获得包含物体高度信息及纹理信息的条纹图和背景光。对包含物体高度信息的条纹图用改进的2+1相移算法重构物体的三维形貌。物体纹理信息则通过对背景光进行彩色编码获得,利用纹理映射技术恢复物体纹理。计算机模拟和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

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。     

基于条纹反射的类镜面三维面形测量方法

提出了一种基于条纹反射和相移技术的类镜面三维面形测量的新方法。首先在平板显示器上显示正弦条纹,然后用CCD相机分别记录由待测面和标准面反射的正弦条纹像,通过相移得到各自的相位分布,与标准面相位分布相比较得到待测表面起伏引起的相位变化。推导了相位变化量与待测表面梯度的对应关系,分别对待测面进行水平和垂直两个方向光栅相位测量,通过计算可得到梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。同时初步分析了影响条纹反射技术测量精度的因素。测量中,光栅由计算机产生,可以实现精确的相移,而且可以方便地调节光栅的周期及方向,通过预设标记点来引导相位展开有效地解决待测面和标准面的条纹对应问题。实测了建筑用釉面瓷砖表面起伏,验证了该方法的可行性。     

一种针对彩色物体的光栅投影三维测量方法

针对传统彩色编码光栅三维轮廓术中光栅易受到物体表面彩色纹理的干扰,从而造成编码条纹颜色误判和相位误差增大这一问题,提出一种基于互补彩色光栅的三维测量方法,给出了理论分析、光栅设计原理、补偿算法与实验分析。对图像进行初步的解耦校正后,通过预先设计的光栅互补特性,依据彩色响应模型求取物体表面逐点的反射率,并对红绿蓝(RGB)三通道反射率的不平衡进行补偿,消除物体表面彩色纹理的干扰,改善光栅的正弦性。以补偿后的图像来指导彩色编码条纹的分割解码并用傅里叶变换法提取出包裹相位,依据解码结果指导相位展开,继而完成整个三维测量过程。实验证明该方法对彩色纹理的补偿准确有效,降低了彩色纹理对测量的影响。