基于错位格雷码的动态三维形貌测量方法

格雷码辅助相移技术可以实现具有较强鲁棒性与抗噪能力的三维（3D）形貌测量。为解决由待测物体不均匀的表面反射率、噪声和物体运动等因素造成的级次边沿误码问题，提出了一种基于错位格雷码的动态3D形貌测量方法。将传统格雷码图案在投影前预先移动半个条纹周期得到错位格雷码图案，再采用传统格雷码解码方法对二值化后的错位格雷码图案解码，可得到与截断相位完全错开的解码结果。对该解码结果进行修正后即可利用得到的正确的相位级次辅助截断相位成功展开。同时，为了提高测量精度，引入了一个虚拟相位平面以进一步拓展投影条纹周期数。实验结果表明，所提方法在使用N帧格雷码图案的情况下，可以编码周期数为2^N+1的投影条纹进行3D测量，其无需任何附加图案即可避免级次边沿误码问题，并有效提升了测量精度。复杂动态场景的3D重建结果证明，所提方法能够以2381 frame/s的速率实现高精度、高效率和高速的3D形貌测量。     

基于虚拟相位平面的相位展开方法

在基于相位分析的三维测量系统中,为了准确地得到物体的高度,相位展开扮演着很重要的角色。传统的相位展开方法常常需要额外的投影图,而傅里叶变换轮廓术只需要采集一幅或两幅变形条纹图就可以实现对物体轮廓的测量,其方法速度快,易于实现。针对傅里叶变换轮廓术方法计算得到的截断相位分布,本文提出了一种利用截断相位与参考平面相位差值2π的整数倍数获得截断相位的正确级次,辅助相位展开的方法。当被测物体较复杂,或者相位截断次数较多时,该方法在已有参考平面相位的基础上虚拟新的相位平面,依次比较截断相位和虚拟相位,进行多次分级相位展开,结合多个展开相位结果,最终得到正确的展开相位。该方法展开速度快,展开错误不会蔓延传递。仿真和实物实验结果证明了该方法的可行性,说明该方法可用于傅里叶变换轮廓术中进行截断相位的快速展开。     

基于时间复用编码的高速三维形貌测量方法

提出一种基于时间复用编码的高效、强鲁棒性结构光三维测量方法,通过在时间序列上重新设计排布相移与编码图案,充分利用高速记录的相邻图像时序信息的关联性,将重建一个三维结果所需的投影序列图案数量降至3幅,提高了测量的编码和重建效率。同时,利用通用分区间相位展开方法,提前避免级次跳变错误的产生,保证了测量的鲁棒性。分析比较了二值格雷码和多灰度格雷码两类编码方案在该方法下的优势以及适用场景。实验结果表明：所提方法每多获取3幅条纹图案就能重建一个新的三维结果,能实现3174 frame·s-1的高速三维形貌重建;二值格雷码编码方法的鲁棒性和抗噪声能力更强,适用于拍摄速度远高于物体运动速度的复杂高噪声动态场景,而以四灰度格雷码编码方法为代表的多灰度格雷码编码方法的抗运动模糊能力更强,适用于重建运动速度较快但环境噪声较低的动态场景。     

三维成像中相位级次自编码的相位测量方法

提出一种相位级次自编码技术的相位测量方法.与传统的相位测量技术不同,该方法利用截断相位的微分值作为编码通道,完成对各条纹级次的编码.构造的代码序列总长度为投影条纹的周期数,每个周期作为一个码元,由相邻若干码元构成一个代码子序列.相位计算后,根据截断相位的微分信息,可以提取出各周期及其码元值,通过在设计的代码序列中进行代...     

绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用

提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得光栅截断相位分布,其余码道信息提供相位展开的级次,以此获得测量段光栅的绝对相位分布。用光刻的手段制作了实用的绝对编码光栅,基元码道的尺寸是:27.36μm用于明条纹,27.36μm用于暗条纹,最小基元码道空间周期为54.72μm,光栅长度为14008.32μm。在步长近似3μm的位移测试中,与比对的标准仪器记录值比较,标准偏差为0.2057μm,精度在亚微米量级。重复性实验表明,位置测试的稳定性为0.09μm(标准差),得到600倍以上细分的分辨力。     

三维面形测量中基于模版匹配的变形条纹修复

在基于条纹投影和相位分析的三维面形测量中,由于被测物体表面标志点或复杂面形的阴影遮挡存在,会造成变形条纹局部区域的条纹数据缺失,影响相位和高度信息的最终重建,需要人为地对缺失图像信息进行修复。提出了一种新的缺失条纹数据修复方法——基于模版匹配的图像修复算法,通过图像中已有条纹信息(特别是与待修复区域周围相位信息相似度较高的已知条纹信息)对缺失的变形条纹信息进行估算,实现数据修复。该方法修复效果好,运算过程无需人为参与,便于计算机自动实现,尤其适合于待修复图像整体结构明显、纹理清晰图像的数据修复,有助于提高被测物体相位计算质量和在此基础上的三维面形重建质量。     

傅里叶变换轮廓术中滤波窗方位选择研究

在傅里叶变换轮廓术频域滤波过程中通常采用不对称的汉宁窗滤波窗来提取基频信号,当投影呈二维变化的光栅条纹时,采用的滤波窗长短轴方向和载频方向不吻合,会导致被测物体的部分高频信息丢失,从而影响相位展开的难易程度和系统测量的精度。分析比较物体高度的分布与频谱的关系,通过旋转滤波窗使其短轴方向与载频方向一致,可以保留物体的高频信息,降低相位展开的复杂度,提高测量的精确度。计算机模拟和实物实验结果表明滤波窗旋转滤波可以避免相位展开在物体高度突变处的出错,有效地提高测量精度。     

古生物群遗迹化石的三维数字化测量

对古生物化石进行数字化建档,为古生物化石的长久保存、研究和复原提供了一个切实可行的办法。阐述了非接触式激光扫描仪的测量原理,并利用其对罗平古生物化石群中分布在120m2范围内的古生物足迹化石进行了数字化测量,采用大视场WIDE和小视场TELE镜头交替使用的方法获取全场和单一足迹化石三维点云数据,再利用三维数据处理PolyWorks软件将两个镜头的三维数据进行对应的嵌入融合,最终测量结果既能全面记录足迹整体分布,真实反映古生物爬行运动轨迹,又能精细反映足迹局部特征。结果表明提出的对大面积野外待测对象的测量方法,为化石野外测量、三维数字化、数字存储提供了可行方案。     

傅里叶变换轮廓术中相位失真的预矫正方法

介绍了一种基于傅里叶变换轮廓术的三维面形测量系统中相位失真的预矫正方法。由于投影系统和成像系统的空间三角位置关系、投影仪的发散照明和两套系统蕴含的光学畸变,投影一幅相位与空间坐标成理想线性关系的标准正弦光场,拍摄到的条纹相位和空间坐标不再呈线性分布,引起相位失真,甚至会影响系统测量精度。该方法借鉴反向条纹投影的思想,计算拍摄光场的非线性相位分布与理想的线性相位分布之间的关系,预先矫正,反算出一个新的待投影光场。实验结果表明这种方法能有效地减小该类相位失真所导致的测量误差,获得了更好的测量结果．     

主动离焦三维测量的调制度全局计算方法

提出了离焦三维测量的全局计算方法。通过向物体投射正弦光栅,使物体上任一点的光分布在光栅频率(局域傅里叶变换)处的光强度等于该处的调制度,利用拍摄物体的两幅离焦像的调制度之比,得到了物体的深度分布。不但消除了过去主动离焦三维测量采用局域傅里叶变换带来的测量误差,同时计算程序简单、速度快,具有较好的实用性。