从变形光栅条纹提取基准光栅信息

基于傅里叶变换轮廓术,提出一种直接从变形光栅条纹中提取基准光栅条纹信息并重建基准光栅的测量方法.分析了基准光栅条纹和参考平面的功能,揭示变形光栅条纹和基准光栅条纹的关系;应用窗口傅里叶变换对变形光栅条纹中的各个微小区域进行频谱分析,从中识别并提取基准光栅的频率和相位信息;重构出一幅完整的基准光栅条纹,实现三维物体形貌测量.实验结果表明该方法是可行的,为三维形貌测量提供一种新手段.     

基于图像二维小波多尺度分解傅里叶变换轮廓术

应用傅里叶变换轮廓术测量物体三维面形时,当被测物体形状复杂或是被噪声严重污染时,导致频谱分布展宽,发生频谱混叠现象,基频提取困难,无法准确恢复物体的三维面型.提出了基于小波分解的傅里叶变换轮廓术,采用小波变换的方法对变形条纹图进行二维多尺度分解,重构被测物的背景图像,滤出图像的零频成分,得到相对变形条纹.运用小波变换与傅里叶变换轮廓术相结合的方法,只需拍摄一幅变形条纹图,将被测物体与背景分离,不受背景成分的影响,且易于基频信息的提取,降低了对滤波器的要求.实验证明该方法较好地防止了频谱的混叠问题,提高了测量范围与解相精度.     

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。     

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。     

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。     

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。     

S变换引导的窗口傅里叶变换相位提取

提出了一种基于S变换引导的自适应窗口傅里叶变换相位提取方法.通过连续S变换,得到局部条纹的最佳变换窗口,可以保证窗口尺寸随变形条纹的频率变化而自动调整,适合复杂物体的面形测量.计算机模拟和实验验证表明,该方法克服了传统窗口傅里叶变换窗口大小固定的缺点,相位提取的误差由-2～8rad降低为-1～1rad,而且还可以得到被...     

基于条纹投影的振动扬声器形变测量

动态傅里叶变换轮廓术是将结构光投影和傅里叶变换理论相结合的三维面形测量技术,它只需一帧变形条纹就可以恢复物体的三维面形,且速度快、精度高、易于实现,被广泛应用于各领域的动态三维测量。利用动态傅里叶变换轮廓术对扬声器在给定激励源频率下的振动过程进行动态测量,得到扬声器纸盆不同频率振动的三维面形数据。结合扬声器发声的机理,通过对振动扬声器三维面形数据的处理和分析,得到扬声器纸盆局部任意时刻的形变量,分析了产生纸盆自身形变量可能的原因,探究了纸盆振动对扬声器性能的影响,为扬声器的设计和改进提供依据。     

傅里叶变换轮廓术中新的相位及高度算法分析

在传统傅里叶变换轮廓术三维面型测量中,为了准确得到被测物体的高度分布,必需保证投影仪出射光瞳和摄像机入射光瞳的连线与参考面平行并且在同一水平面,否则存在较大的误差。着眼于更普通的情况,讨论双瞳连线与参考面成某一夹角时的高度计算,推导出了非平行时的参考面光场及物面变形条纹光场的表达式,并给出了高度映射公式。因而,传统的傅里叶变换轮廓术测量成为角度α=0时的特例。该方法使傅里叶变换轮廓术的测量条件得到了放宽;易于通过移动投影装置或成像装置获取全场条纹;并为在难以实现双瞳与参考面平行的特殊环境下的测量提供了可行的方法。计算机模拟及实验均证实了该方法的有效性。     

测量物体位移的数字白光散斑照相术

给出了一测量物体刚体位移的数字白光散斑照相术。数字傅里叶变换从双曝光字白光散斑图用来产生杨氏条纹。该杨氏条纹能够用数字傅里叶变换结合条纹重构进行自动分析。此外，给出一种条纹质量增强的方法。     

Gerchberg迭代法在三维面形测量中的应用

在基于结构光照明的三维面形测量中,针对有孤立区域物体的条纹图像存在不规则缺陷的问题,提出先对其进行Gerchberg迭代,消除或减少条纹缺陷,获取较完善的迭代条纹,然后再利用傅里叶变换轮廓术(FTP)重建面形。设计了迭代流程,并分析了影响迭代精度的因素,解决了光学加工用具磨盘表面不完善条纹Gerchberg迭代过程中存在的问题,成功地重建了磨盘的三维面形。该工作为表面存在孤立区域的被测物体三维面形测量提供了可供参考的技术方案,也给可实时形变的应力盘三维面形动态测量奠定了基础。     

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。     

基于结构光投影的二维S变换轮廓术

S变换是一种集合了窗口傅里叶变换和小波变换优点的时频分析技术,目前一维S变换已成功应用于结构光投影的条纹相位解调中。由于二维S变换可以对图像在两个方向上进行时频分析,具有更优于一维S变换的分析和处理能力。为了完善S变换的条纹相位解调理论,将二维S变换方法引入到基于结构光投影的三维光学测量中,研究了二维S变换在条纹相位解调中的原理及应用,给出了详尽的理论分析,并同一维S变换结果进行了比较。模拟和实验都表明,在条纹图解相中,二维S变换比一维S变换提取的相位精度更高,即使在存在较严重噪声污染的情况下也表现出良好的可靠性,体现出二维S变换提取相位的优势。     

基于双色条纹投影的薄膜振动模式分析

结构光投影和条纹时间平均分析技术已被用于振动模式分析中,但由于投影单色正弦条纹时振动薄膜变形条纹傅里叶谱中零频涵盖范围较大,会限制滤波窗的选取范围,从而影响模式的最终重建结果。为提高振动模式重建的准确性,提出了一种利用π相移正弦条纹投影进行薄膜振动模式分析和振幅重建的方法,通过处理两个通道的条纹分量达到消除零频的目的。给出了该方法的理论分析,完成了相应的计算机模拟,分析了影响测量精度的因素。通过与投影单色正弦条纹的振动模式重建结果对比,表明该方法有较高的重建精度。不同激励频率下的实际薄膜振动实验结果也证明了该方法正确可行。     

A flexible fast 3D profilometry based on modulation measurement

This paper proposes a flexible fast profilometry based on modulation measurement. Two orthogonal gratings through a beam splitter are vertically projected on an object surface, and the measured object is placed between the imaging planes of the two gratings. Then the image of the object surface modulated by the orthogonal gratings can be obtained by a CCD camera in the same direction as the grating projection. This image is processed by the operations consisting of performing the Fourier transform, spatial frequency filtering and inverse Fourier transform. Using the modulation distributions of two grating patterns, we can reconstruct the 3D shape of the object. In the measurement process, we only need to capture one fringe pattern, so it is faster than the MMP and remains the advantages of it. In the article, the principle of this method, the setup of the measurement system, some simulations and primary experiment results are given. The simulative and experimental result proves it can restore the 3D shape of the complex object fast and comparatively accurate. Because only one fringe pattern is needed in the testing, our method has a promising extensive application prospect in real-time acquiring and dynamic measurement of 3D data of complex objects.     

A novel color fringe projection based Fourier transform 3D shape measurement method

A novel Fourier transform 3D shape measurement method based on color fringe projection is proposed in order to solve the spectrum overlapping and phase unwrapping problems existed in Fourier transform profilometry (FTP). The R and G components of the color fringe are set to two sinusoidal patterns with different frequencies and the B component is set to the average value of R or G component. Then this pattern is projected to the object and the deformed fringe image is captured. Three gray patterns are separated from the color fringe, the background and high frequency noise can be eliminated using our method and the accurate unwrapped phase can be got. Only one shot color pattern is projected to get the 3D information of the object. Experiment results show that the 3D information of an object can be obtained rapidly and accurately.     

Surface profile measurement of low-frequency vibrating objects using temporal analysis of fringe pattern

A simple and accurate algorithm (phase scanning method) is proposed for 3D surface contouring and dynamic response determination of a vibrating object. A sinusoidal fringe pattern is projected onto a low-frequency vibrating object by a programmable liquid crystal display projector. The fringe patterns are captured by a high-speed CCD camera with a telecentric gauging lens. Phase values are evaluated point by point using phase scanning method. From the phase values of each point on the object, the contour of the specimen at different instants of vibration can be retrieved. In this paper, a small vibrating coin is used to demonstrate the validity of the method and the experimental results are compared with test results on a stationary coin using four-step phase shifting and fast Fourier transform methods. The technique is especially useful in applications where the vibrating object has a complicated shape.     

Measurement of vibration amplitude by an optical fiber-based moiré interferometer

A projected-fringe fiber-based moiré interferometer is proposed to measure the local amplitude vibration of a diffuse surface. The technique is based on an optical fiber interferometer which projects interference fringes on the object surface. The visibility of these carrier fringes is modulated by a function of local amplitude vibration. Full-field quantitative analysis is performed by analyzing the fringe pattern with a 2-D Fourier transform method. Theoretical details, and experimental results are presented.     

Vibration analysis and non-destructive testing with real-time shearography

Real-time laser speckle shearography coupled with vibration stressing is shown to be an effective means of vibration analysis and non-destructive testing. The shearograms are modulated by a system of live fringes. These fringes are shown to be described by the zeroth-order Bessel function of the first kind and their visibility decreases with increasing fringe order. In vibration analysis, the instantaneous fringe pattern depicts the out-of-plane surface displacement gradient of the object surface at various resonance modes. In non-destructive testing, the flaw depth in a component can be determined without having to determine fringe orders. There is good agreement between the results obtained using the method and those from theory and time-average holography. A major advantage of real-time shearography is its facility for continuous assessment of a vibrating object without the need for secondary shearogram reconstruction.