基于自适应条纹投影的高反光物体三维面形测量

结构光投影方法在三维形貌测量中应用广泛,但是由于被测物体表面反射率变化范围较大,过度曝光会导致相位信息无法获取。而传统的高动态范围扫描技术步骤复杂,耗时较长。文中提出一种自适应条纹投影技术,向待测物体表面投射较高灰度级的条纹图,判断并标记过度曝光点。降低投射强度后通过非线性最小二乘法拟合来确定每个饱和像素点最适合的最大输入灰度,用重新生成的自适应条纹图来采集图像并进行相位计算和三维形貌恢复。通过实验验证,该方法可以对物体表面的高反光区域进行有效测量,避免过度饱和,仿真误差在0.02 mm范围内,实测误差约为0.14 mm,实际实验对过曝点的补偿率可达到99%。     

基于多视方程的高反光物体表面三维形貌测量

双目结构光三维形貌测量技术在测量高反光物体的过程中,左右图像中对应物体表面的不同位置处出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据无效.首先将投影系统作为反向相机并与双目系统共同组成多视系统,然后对物体表面的每一点进行多视系统匹配,接着通过调制度来判断每一像素对应相位的有效性,舍弃过曝光图像区域的像素以获得双视共线方程,...     

逐像素调制的高反光表面三维测量方法

高反光表面的三维面形测量是光学三维测量领域的难题之一,本文提出一种基于逐像素调制的高反光表面三维测量方法,可解决光学三维测量中因过度曝光而导致的相位信息无法获取的问题。首先,通过投影最大灰度值的灰度图识别饱和像素点的位置;然后,依据投影低灰度下横纵条纹图进行过饱和区域坐标匹配,并结合一种新的相机-投影仪强度映射关系,逐像素求解过饱和像素点的最佳投影灰度值;最后,投影重新生成自适应条纹投影序列,并结合多频外差相移法用于相位恢复和三维重建。实验结果表明：所提方法的间距平均误差和标准偏差均小于文中其他方法所得的测量值,相对于传统方法,该方法的平均误差减少了61.9%,标准偏差减少了67.7%。本文所提方法的调制度高,速度快,能保证很高的测量精度。     

基于自适应条纹的高反光表面三维面形测量方法

提出了一种基于图像融合和插值预测的自适应条纹投影方法。该方法首先基于多幅掩模图像融合求取了最佳投影灰度值所需的饱和阈值,并结合插值预测查找算法求得了最佳投影灰度值;然后通过降低整体投影强度,在不饱和情况下进行了坐标匹配,最终生成自适应条纹;最后将生成的自适应条纹投射至被测物体,并利用外差式多频相移法进行了相位解算和三维面形重构。实验结果表明:所提方法实现了局部过曝区域的相位信息的完整提取,绝对方向和正向的平均误差与标准偏差值均小于传统方法,且绝对方向平均误差减少了84.1%,正向标准偏差值减少了69.4%。所提方法有效地解决了高反光物体三维面形测量的难题。     

DLP投影任意比特数条纹实现三维面形测量

数字光投影仪（DLP）已被广泛使用在条纹投影三维测量领域,投影条纹图的比特位深以8 bit居多,限制了可投影图案的数目与速率,也局限了三维重建的可用算法且造成相机速率冗余。为解决该问题,提出一种灵活使用比特位深的条纹投影方法,研究了不同比特数条纹图案的生成与投影方式,分析了比特数降低对条纹投影测量的影响,并总结了不同比特数下对应适用的编码测量方法和应用场景。实验从测量精度、抗噪性和抗运动模糊能力3个方面着重对比了8 bit和6 bit条纹投影方法的测量性能,证明了6 bit条纹投影方法具有编码方式灵活和重建速率快的优势。对比了6 bit和1 bit条纹投影方法的测量深度范围,发现6 bit条纹投影方法是一种高鲁棒、大景深的低速动态三维测量方案。该方法有效拓展了条纹投影方法的灵活性,充分利用了相机的冗余速率,扩大了对应三维重建可选择算法的范围,可适用于更多的基于条纹投影的三维测量系统。     

条纹相机测量中的光束取样

从实验上探讨了用条纹相机测量大口径高功率固体激光束的脉冲波形时,取样光斑的大小对波形的精细结构与脉宽的影响。     

小尺寸物体三维面形高精度测量

采用变形光栅条纹囹样直接分析的方法对小尺寸物体面形实现高精度测量.研制了一台小型的三维表面轮廓测试仪,测量范围(30×30)mm²,精度20μm,初步用于人类牙齿表面三维测量.最后提出了存在的问题和改进方向.     

基于组合二值条纹离焦投影的三维面形测量

二值条纹离焦投影技术很好地克服了条纹投影三维测量技术中的非线性影响,有效抑制了投影设备Gamma效应带来的误差.多频条纹二值离焦投影结合时间相位展开算法,是常用的复杂物体三维测量方法.该方法在使用中要保证多个频率二值条纹离焦获得大致相当的正弦性品质,投影时不同频率条纹对应的离焦量不一样,不利于其广泛使用.分析了不同二值...     

利用双频外差和时空相位展开实现三维测量

为了使用高频条纹实现对物体三维形貌高精度快速测量,提出了一种利用双频外差和时空相位展开实现三维测量的方法。该方法仅投影两套高频条纹图片,利用双频外差方法计算出一个频率较低的截断相位分布,经空间相位展开得到其对应的连续相位,用于指导高频条纹截断相位展开,获得三维重建需要的绝对相位分布。该方法对双频外差后的低频截断相位上进行空间相位展开,降低了空间相位展开难度,增加了双频条纹投影三维测量的适用范围。实验结果表明该方法的STD误差为0.06 mm。该方法利用两套高频正弦条纹、不增加投影第三个频率条纹图的情况下,实现了高精度快速三维形貌测量。     

基于并行小波变换的快速三维面形测量技术

为了提高小波变换三维面形测量技术中相位信息的解调速度,依据不同的并行计算原理,提出两种基于并行一维连续小波变换的光学条纹图快速解调方法。利用多核CPU运算平台进行了计算机模拟和实验,结果表明并行一维连续小波变换光学条纹图相位解调方法相比于串行一维连续小波变换光学条纹图相位解调方法,在精度不变的同时计算速度显著提高:对850pixel×1000pixel大小实测条纹图像解调速度提高了7.5倍。并行一维连续小波变换相位解调方法为小波变换三维面形测量技术在实时/瞬态过程三维面形测量中的应用奠定了基础。     

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     

基于条纹反射的非球面镜三维面形测量

提出一种利用条纹反射原理测量非球面镜的新方法.测量过程中,利用液晶屏显示正弦条纹,由摄像机记录由待测镜面反射产生的条纹图.并将显示屏和摄像机分别沿待测镜面轴向移动.摄像机在每个移动位置上,记录下显示屏移动前后产生的两幅条纹图.通过相移方法,得到条纹图的相位信息后,对摄像机上每个象素点,能在待测镜面卜找到一个对应待测点,并在获得该待测点的梯度信息的同时,获得该点位置坐标信息.最后通过积分,恢复待测镜面的三维高度信息.该方法不需辅助反射镜与干涉仪,能更加方便灵活地测量非球面镜.并且该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大的情况下,仍能对非球面镜进行测量.模拟及初步实验均验证了该方法的可行性.     

基于双目面结构光的高反光物体自适应条纹方法

在高反光物体的表面形貌视觉测量过程中,物体的镜面反射特性会导致获取的图像部分区域过曝而产生错误的计算结果。为解决这一问题,首先对自适应条纹算法进行改进优化,以减少使用面结构光测量过程中的投影次数,提高运算速度;然后对最大投影亮度进行调整,并在此基础之上实现了一种测量高反光物体形貌的双目面结构光算法。实验结果表明,该算法可以有效减轻所述对象表面的过曝程度,减少高反光物体表面测量的噪点和无效点,提高测量数据的质量。     

基于投影强度的快速高动态范围三维形状测量

条纹投影轮廓术由于具有速度快、精度高、对环境光照和表面纹理具有鲁棒性等优点,在许多领域得到了广泛应用。但是,它容易受到高动态范围(high dynamic range, HDR)对象的影响。因此提出了一种快速计算最佳投影亮度的方法。通过求解相机与投影仪之间的响应关系,结合所提出的一个简便的投影亮度确定方法,可以得到测量所需要的投影亮度。再基于所提出的图像融合算法融合求得的各个亮度下的原始图片,从而获得高质量的融合图片,实现对HDR物体的高精度的三维重构。相较于传统方法,无需盲目投射和拍摄大量图片或计算复杂的单应性矩阵,仅需要投影一张均匀白光至被测物体,即可快速求解出相机和投影仪之间的响应函数,从而获得所需的投影亮度,使得测量速度有极大的提升。     

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。     

基于双目面结构光的高反光物体自适应条纹方法北大核心CSCD

在高反光物体的表面形貌视觉测量过程中,物体的镜面反射特性会导致获取的图像部分区域过曝而产生错误的计算结果。为解决这一问题,首先对自适应条纹算法进行改进优化,以减少使用面结构光测量过程中的投影次数,提高运算速度;然后对最大投影亮度进行调整,并在此基础之上实现了一种测量高反光物体形貌的双目面结构光算法。实验结果表明,该算法可以有效减轻所述对象表面的过曝程度,减少高反光物体表面测量的噪点和无效点,提高测量数据的质量。     

基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法

针对位相测量偏折术（phase measuring deflectometry,PMD）在光学元件面形的高精度检测中存在面形低阶误差控制困难等问题,介绍了位相测量偏折术检测平面光学元件面形的基本原理,对有关PMD技术的面形改进重建算法、相对检测和四步剪切的系统误差扣除方法的研究进展进行了阐述,分析了基于PMD技术实现对口径398.7 mm×422.8 mm平板玻璃的拼接检测以及平面元件中可能存在的寄生反射影响的消除方法。指出建立的6相机斜率拼接检测系统的检测精度RMS可达1 μm,利用多频条纹法和二值条纹法可有效地消除寄生反射的影响,为大口径光学平面元件的前、后表面面形高精度检测提供一种可行的方案。     

旋转支撑法去除元件面形测量的夹持误差

为实现对光学元件的高精度面形测量,建立了一种旋转支撑结构的高精度测量方法。对该方法的理论原理、数值仿真和误差分析等进行了研究。首先根据元件夹持工况仿真分析了支撑变形的特性。接着用泽尼克多项式拟合波面,建立了旋转支撑法的理论模型,并推导出光学元件去除支撑影响后的面形公式。用仿真分析的方式验证了理论模型,对计算的面形结果与理论面形进行了比较分析。最后,分析了影响旋转支撑法测量精度的误差项。仿真分析结果表明,通过两次旋转支撑结构的方式,可以有效地去除元件支撑造成的面形误差,计算值与真实值之间的误差为支撑误差的泽尼克多项式的高阶对称项,满足元件面形的高精度检测要求。     

偏振相机的透明元件应力测量北大核心CSCD

应力检测对光学元件的制造和使用意义重大。基于应力双折射原理,提出了一种利用偏振相机测量应力分布的方法。根据Stokes矩阵和Mueller矩阵推导出应力值及应力方向计算公式,并对影响系统测量精度的主要误差进行了理论分析。为验证方法的可行性,搭建了一台测量应力分布的装置。使用该装置测量一块633 nm的四分之一波片,测得其误差为0.86 nm。进一步测量,得出一块车灯透镜的全场应力相位延迟量与应力方向图,利用所测相位延迟量计算出透镜中心区域的应力双折射值为9.21 nm/mm、主应力差为2.45 MPa;利用符号规则调整了透镜的应力方向,结果符合应力连续性原则。该方法测量应力分布时无需旋动光学元件,可实现应力延迟量及应力方向的实时测量。