基于彩色栅线的结构光动态三维测量技术研究

结构光动态三维测量能够实现运动或者变形物体型面重构。将6色3次伪随机条纹序列的色彩信息溶入亮度呈余弦周期性变化的数字栅线图中,构成彩色栅线空域编码图案。图像解码采用仿视觉过程。在直觉处理阶段,通过亮度峰值与对应的色彩信息来实现周期划分;在专注处理阶段,通过局部亮度变化关系来进行空域解相。实验结果证明,测量系统只需投影单幅图案即可实现物体形貌的三维重构,可满足动态测量的要求,结合亚像素匹配可保证一定的测量精度,能形成多分辨率测量。     

基于投影栅线法测量物体三维轮廓的一点改进

研究了利用投影栅线法测量光滑鼠标的三维轮廓。对传统的傅里叶变换轮廓术提出了一点改进,在傅里叶变换之后,不对频谱部分频移,而是直接滤出需要的高、低频部分,再分别进行傅里叶逆变换,就可以得到与高度有关的相位差。该方法与传统的方法相比,减少了3次频移的过程,大大减少了计算量,也提高了滤波的精度。实验结果表明:只需要0.1 s就可以完成测量过程,测量精度达到0.2 mm, 可以成功实现光滑物体的三维轮廓测量。     

彩色三维激光扫描测量方法的研究

提出了彩色三维激光扫描测量方法，即在单色三维激光扫描测量数据上贴合彩色的数字图像。给出了单色三维测量模型——三维光平面方程测量模型，提出了全新的测量系统参量的快速标定方法，并制作了标定靶标。给出了物体三维数据和颜色信息的贴图技术。利用所研制的装置对招财猫模型进行了实验测量，得到了满意的结果。     

线结构光自同步扫描三维形貌测量系统

针对空间目标操控任务中非合作目标近距离三维形貌测量的需求,设计了基于激光三角法原理的线结构光自同步扫描三维形貌测量系统.分析了经典的点扫描测量系统模型,扩展建立了线结构光扫描系统模型.构建了测量系统桌面样机,利用二维平面棋盘靶标构建虚拟立体靶标完成了系统参量的标定.分别对已知结构的工件及天宫一号缩比模型进行了测量实验,结果表明:测量距离为1m时,系统三坐标测量误差均优于1mm,Z向距离误差为0.18mm,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.31mm.该系统简化了扫描系统结构,能降低空间载荷的重量和功耗,满足空间任务中快速三维形貌测量的需求.     

一种新的三维测量机器人手眼标定方法

为了提高三维测量机器人的手眼标定精度以更好地满足工业需求,提出了一种采用动态改变变异率的自适应差异进化算法进行手眼标定的新方法。首先构建了由线结构光测头和机器人组成的视觉测量系统,利用齐次坐标变换的方法建立了测量系统的数学模型;然后针对数学模型中的手眼关系,使用半径已知的球体,采用定点变位姿的方法,进行粗略的估计,并对手眼关系求解的精度进行分析;最后采用动态改变变异率的自适应差异进化算法对手眼关系做进一步寻优。实验结果表明,算法具有较高的求解精度。该方法用于手眼标定是可行的、有效的,整个标定过程简单,便于实际应用。     

数字图像处理技术在叠栅条纹测量中的应用

将数字图像处理技术应用于叠栅条纹测量物体三维形状,使用Inter公司的开源视觉库OpecCV,经过灰度化、锐化和去噪、叠加虚参考光栅对图像进行处理,简化测量过程,提高测量速度和精度.     

线阵CCD用于快速实时动态测量技术研究

重点研究线阵CCD快速实时动态测量技术。由于测量速度快，除应考虑CCD像元响应非均匀性、非线性等影响因素外，还应考虑采样频率、测量精度、动态范围、快速电路等问题。就上述问题进行了详细研究，并给出解决问题的具体方法。对于采样频率，除了满足采样定理的要求外，还要根据工程实际被测系统要求的振幅和频率，合理选择CCD的动态范围和光源功率。CCD信号处理电路除了采用高速器件小，还要根据具体情况采用其它特殊方法实现。     

结构光三维测量系统中投影仪标定技术研究

投影仪标定是单摄像机单投影仪结构光三维测量中的基础。采用双面标定块实现投影仪的标定。标定块正面为黑底白色圆点图案,通过Tsai两步法及非线性优化完成摄像机标定。背面为反射率均匀的白色平面,由投影仪投影双方向高亮度的直线来生成特征点。针对特征点三维坐标难以确定的问题,采用了两种方法:一是依靠摄像机标定结果;二是结合正面圆点图案,利用交比不变性获取更多的有效输入数据。标定设备简单,操作方便。实验结果证明具有较理想的标定精度。     

分段自相关动态光散射法测量亚微米粒度

介绍了动态光散射法测量微粒尺度的原理，通过对相关函数相对的分析，提出了分段自相关的方法，该方法解决了高速，大数据量采集的困难，又不显著影响相关函数的精度，给出了实验装置及实验结果，测量结果与标准样品的标称值相符。     

基于相移的彩色结构光编码三维扫描技术

在物体三维轮廓扫描中,被动式双目立体视觉方法对表面特征不明显的物体难以获取足够的三维信息,针对这一问题,基于双目立体视觉原理,结合主动视觉中结构光投射方法,提出了基于相移的彩色结构光编码方法。该方法将四种颜色按照全排列的相关性质编码产生彩色光栅投射在被测物体表面,依据光栅相位移动增大光栅密度,结合极线约束实现立体匹配,最终获取物体三维数据。结果表明使用该三维扫描技术得到的三维曲面符合原物特征,特别适用于物体三维轮廓的致密测量。     

Measurement of Color Constancy by Color Memory Matching

Degree of color constancy was measured when color memory was involved in color comparison judgment. We used the Optical Society of America (OSA) Uniform Color Scales as stimulus color samples, and chose 20 color samples as test stimuli. Four illuminants of 1700, 3000, 6500, and 30, 000 K were tested. The observer, completely adapted to a test illuminant, saw a test color sample and stored its color in his memory. After being readapted to the reference white (6500 K), he started selecting a color sample from among the 424 OSA samples which matched the test sample in his memory. We employed a memory matching method called cascade color matching, in which the number of selected color-samples was gradually reduced in four stages. In the final stage, the observer selected a color sample. The results show that, for most test colors, the distributions of selected colors in stages 1 to 4 were similar among all illuminants, and that the u’v’ chromaticity distance between a test color under 6500 K and its matched color was quite short. These indicate that good color constancy was retained in memory color comparison.     

两步相移实现投影栅相位测量轮廓术

提出一种新的投影栅相位测量方法--两步相移法。该方法只需两幅相移条纹图，因此计算量小，速度快。给出了实验及计算结果，并同四步相移法进行了比较，证明了该方法具有较高的精度。     

利用激光感应瞬态光栅技术测量超短激光脉冲宽度

描述了利用激光感应瞬态光栅技术测量超短脉冲激光的脉冲宽度和相干时间的方法，来自同一光源的两束激光在非线性介质中相干形成积分光栅，测量光栅自衍射强度与两束光脉冲之间的延迟时间关系，利用相干光束的四阶相干函数关系，可以求出光源的脉冲宽度和相干时间。     

二次光栅在波前测量中的应用

采用一种特殊的二次光栅用于激光波前测量,它对非零级衍射光束具有不同的聚焦效应,其光栅线为圆弧型而非直线。导出了在会聚光束情况下的两平面成像在单一像平面上的距离关系,实验上实现了二次光栅用于会聚光束的波前测量,测量得到会聚光束具有较大的散焦(-2.93λ)和球差(1.34λ),与该透镜引起波前的离焦像差理论理想值(-2.695λ)基本符合。该技术可以实现波前的高空间分辨力和高精度实时测量,大大减少光学元件数量,降低装置成本。由于大功率激光束的不稳定性,其波前变化非常快,所以该方法的实时性非常适合于这种波前变化的测量。     

基于数字图像相关的三维刚体位移测量方法

基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体化移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%.     

彩色计算全息颜色匹配的研究

基于色度学原理,研究了彩色计算全息颜色的匹配问题,给出了电子显示色系下颜色量与计算全息物光波振幅之间的等色传递关系.首先,讨论了电子显示色系和彩色计算全息色系之间的颜色传递问题,并且给出了这两个色系下颜色量的转换方法.其次,以彩色全息再现像与原始计算目标颜色一致为目的,分析了彩色计算全息色系下的颜色量和与其对应物光波振幅的关系,并得出了颜色量和物光波振幅间应满足的一般方程.最后,本文选取PAL制式彩色显示色系下的彩色目标为全息图计算物体进行了彩色全息显示实验,结果表明本文所述彩色计算全息颜色匹配方法是有效的.本文的研究工作将为彩色计算全息显示的实用化奠定一定的理论基础和技术依据.     

点阵绝对相位彩色多频光栅傅里叶变换轮廓术

提出一种将三角法测距与多频光栅相结合的方法,充分利用数字投影的RGB通道,将多频光栅与点阵同时投影在物体表面,综合控制受高度调制的相位信息的提取,最终获取物体的三维形貌。仿真结果显示,在高度跳变使高频光栅位移达102量级个周期时,可以准确还原原始形貌。通过实验验证,本方法能够同时复原169mm的陡峭高度跳变以及3mm的微小细节,提高了传统双频光栅的性能,具有处理较大截断面和保证细节部分的测量能力,较好地改善了傅里叶变换轮廓术(FTP)的应用性能。     

Two -Dimensional Wavelength Selective Diffraction by High-Order Three-Dimensional Composite Grating

We propose a wavelength selective diffraction using reflectors placed on three-dimensional grid cross points. Different wavelengths are separated into spots distributed in two-dimensional plane. Compact device with high port counts isattainable.     

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。     

光栅位移激光多普勒遥测技术的研究

研究了利用运动光栅的多普勒效应进行切向位移的遥测技术。提出了测量光路，采用声光调制器作为分光和频移器件并用于鉴向，实现了５０ｍ的远距离光栅位移遥测。达到测量分辨率０．８μｍ，光栅位移４０ｍｍ，最大累积误差优于３４μｍ。并用理论分析和实验，证明了远距离目标的焦深及其计算方法，导出了计算公式。