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．     

傅里叶变换轮廓术定标实验研究

基于傅里叶轮廓变换术,研究对三维相位图进行定标,即标定调制相位与高度的定量关系的方法.首先,推导实验用的高度与调制相位的定标公式;然后,使用周期为3个像素的光栅条纹,以高度问隔分别为50μm,1 mm,2 mm,5 mm进行定标实验,并应用定标公式对沿高度方向的包裹相位进行解包.     

改进傅里叶变换轮廓术的测量算法研究

提出一种适用于更普遍情况的计算方法.推导了投影装置与成像装置双瞳不等高且双轴不共面时的条纹获取公式.推导出新的相位获取公式以及相位高度映射公式.使得系统可以在双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时进行正确的三维测量.与传统的傅里叶变换轮廓术(FTP)相比,该算法实验系统的搭建更容易,投影装置和成像装置的摆放位置町以随意移动以方便全场条纹的获取;与改进的傅里叶变换轮廓术(IFTP)相比,只需要对系统测量三个长度量,系统参量的获取更容易和准确,从而误差变小,测量结果更加接近真实.     

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。     

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。     

基于傅里叶变换轮廓术方法的复杂物体三维面形测量

提出一种在数字加权滤波和调制度分析基础上形成可靠性控制模板，并按可靠度排序进行位相展开的新方法，该法用于傅里叶变换轮廓术中，可以兼顾所求位相精度和位相展开的可靠度，适合复杂物体面形的测量，给出了傅里叶变换轮廓术对复杂物体面形测量的应用实例。     

倾斜式测量系统的傅里叶变换轮廓术研究

在传统傅里叶变换轮廓术的研究基础上,本文提出了一种倾斜式测量系统的傅里叶变换轮廓术,该技术放宽了传统傅里叶变换轮廓术测量系统的三个约束条件:CCD成像系统的光轴不需要与参考平面垂直,即有一定的倾斜度;投射系统的出瞳和CCD成像系统的入瞳中心之间的连线不需要与参考平面平行;投射系统的光轴和CCD成像系统的光轴不在同一平面内,且不交于参考平面上一点. 并且通过严格的理论分析,推导出高度与相位之间的关系式,与传统傅里叶变换轮廓术相比较,在保证一定的测量精度的前提下,倾斜式测量系统具有更强的实用性和可操作性. 关键词： 傅里叶变换轮廓术 倾斜式 测量系统 相位     

傅里叶变换轮廓术中频谱泄漏的讨论

讨论了频谱泄漏对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响。由于用傅里叶变换轮廓术进行三维面形测量时 ,测得的变形光场是空间有限函数 ,故离散傅里叶变换时先要进行周期拓展 ,如果拓展周期选择不当 ,拓展后的条纹将不连续 ,对之进行傅里叶变换会产生频谱泄漏。文章从理论上推导了拓展周期与变形结构光场频谱泄漏之间的关系 ,给出了由泄漏引起的视场边缘误差的计算模型和定量分析。提出采用条纹外插以减小泄漏误差的方法 ,计算机模拟及初步实验证实了该方法的有效性。     

非轴对称型滤波器在傅里叶变换轮廓术中的应用

本文提出在傅里叶变换轮廓术中的一种新型滤波器-非轴对称型滤波器,其适用于物体表面形貌在频域的分布具有非轴对称性的情形.合理的使用非轴对称型滤波器可使测量结果保留更多的高频细节.     

基于改进Goldstein枝切法的傅里叶变换轮廓术

Goldstein枝切法通过连接残差点生成枝切线以优化相位展开路径,枝切线的总长度越短,相位展开的结果越好。然而,该方法构造的枝切线无法确保总长度最短且容易闭合,造成部分区域相位未能正确展开,从而影响重构精度。因此,提出一种基于改进Goldstein枝切法的傅里叶变换轮廓术。通过构建加权二分图,将构造总长度最短的枝切线问题转化为最大权匹配问题。采用Kuhn-Munkres算法求解最大权匹配问题,得到最短的枝切线,提升重构精度。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

双频光栅轮廓术的研究

在投影栅相位法轮廓检测中,当物体含突变部分时,包裹相位很难准确恢复,对此可用双频变精度技术来解决。如果用两种不同频率光栅分两次进行测量,无疑增加了测量负担,也无法满足实时检测的要求。提出用软件生成两种不同频率成分的复合正弦光栅,用液晶投影仪投影,针对不同物体具体突变部分的情况,可灵活生成各种不同灵敏度的复合光栅。只采一次图像就可以达到以往双频技术中多次采集的效果,该法具有快速和去包裹精度高的特点。最后,进行了实验测试,结果非常满意。     

Fourier transform profilometry based on a fringe pattern with two frequency components

A modified Fourier transform profilometry (FTP) based on a fringe pattern with two frequency components is proposed, which provides a larger measuring range than that of the traditional FTP. We analyze the maximum measuring range and give an expression to describe the measurable slope of the height variation limitation of this method. The modified FTP provides us another approach to eliminate frequency overlapping. When the spectra distribution of a measured object is not spherical symmetry, we can avoid the frequency aliasing through projecting a fringe pattern with two frequency components, instead of increasing the density of the projected fringe and the resolution of a CCD camera. The theoretical analysis and primary experiments verified the method.     

应用时域相位解包方法的三维形貌测量系统

设计一套基于时域相位解包方法的三维形貌测量系统 ,克服了传统解包方法中的误差传播效应 ,可以应用于复杂物体表面及复杂环境下的三维形貌测量。由计算机生成光栅并通过液晶投影仪投射到待测物体表面 ,用CCD摄像机采集图像并通过图像采集卡存贮到计算机中进行处理 ,实现了测量的自动化 ,完成一次高精度的测量仅需几秒钟时间。用两个特殊的人头像完成的实验证明了系统的优越性     

基于傅里叶变换轮廓术的动态液膜测量

动态液膜三维形貌的高速测量及重建,对于能源动力领域的工业过程优化十分重要。基于傅里叶变换轮廓术,对缓变表面和非缓变表面分别进行了模拟仿真,研究了物体表面形貌重建精度的影响因素,包括物体表面高度变化率、环境随机噪声以及条纹频率。并根据模拟结果对实验参数进行了优化,研发构建了高速三维结构光测量系统,对竖直壁面下降液膜表面形貌进行了动态测量。实验结果表明:随着液膜沿竖直壁面向下流动,液膜厚度呈现先增大后减小的趋势,高度方向的平均误差为0.1 mm,傅里叶变换轮廓术能够精确地应用于动态液膜高速测量。     

傅立叶变换用于全息三维物体面形测量

介绍了将傅立叶变换用于全息三维面形测量的基本原理和实验装置。首先用全息干涉条纹替代投影条纹投影到待测物体上 ,在相位解调中 ,结合Gerchberg迭代算法对变形条纹进行处理 ,然后用汉宁窗口进行数字加权滤波。结果表明 ,该测量系统实验装置简单 ,测量精度高 ,速度快 ,适用于复杂大物体三维面形测量     

Error analysis about CCD sampling in Fourier transform profilometry

The influence of sampling caused by 2-D solid-state image sensors (CCD) in FTP is discussed in this paper. As we all know, discrete fringe patterns processed by computer are obtained through two samplings. The first one is accomplished in the CCD image plane, and the second is accomplished in A/D convertor of frame grabber. In the previous analysis, sampling is just regarded as a point-sampling process because of ignoring the actual sensor structure of a CCD in the sampling process. Here we discuss the influence of the sensor structure of CCD in FTP, especially the influence from the light-sensitive area size variation. Certain formulas about sampling influence are given, and some simulations and a primary experimental demonstration are carried out to verify our analysis.     

台阶状面形的投影栅线法测量技术

采用光栅投影式三维轮廓术测量物体三维形貌时，当物体是台阶状物体时，物体表面的光栅条纹有阴影，导致后面的叠相还原过程无法进行。为了解决这一问题，将被测物体放在精密的旋转平台上。通过2次成像后，对2幅图像进行图像拼接，得到清晰的被光栅调制的物体图像。在图像拼接时，引入区域黑白对比度概念，区域的黑白对比度最大位置就是黑白区域的分界线。从而精确确定中间块2个边界的位置,然后进行图像拼接。最后采用双频光栅的傅里叶变换轮廓术来实现物体的三维形貌重建。结果表明：本方法简单、精度高，可以成功解决投影时具有阴影物体的三维形貌重建问题。     

Method for eliminating zero spectrum in Fourier transform profilometry

Windowed Fourier transform (FT) is introduced into Fourier transform profilometry (FTP) to extract zero component included in deformed fringe pattern without capturing two fringe patterns with π phase difference. First, we extract zero component of deformed fringe image using windowed FT and normalize it, then calculate the normalized Fourier spectra of deformed fringe image, finally subtract the zero component from Fourier spectra of deformed fringe image. We give the theoretical analysis of the proposed method. The experiment is carried out to demonstrate that the method can eliminate zero component and extend the measurable slope of height variation to nearly three times of the conventional FTP.