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。     

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。     

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。     

基于位相相关检测的图像配准算法

分析了传统的傅里叶-梅林变换和最近提出的虚拟极坐标傅里叶变换算法在户外图像注册中的局限性,提出了一种更加适合户外摄像机姿态注册的基于对数傅里叶变换的图像配准算法。该算法能够独立地计算沿两坐标轴方向的不同缩放因子和计算两图像间较大的旋转角度,扩展了基于傅里叶变换的图片配准算法的实际应用范围。在关键技术研究方面,提出了由升余弦函数构成的低通滤波器和一种快速收敛的角度搜索技术,使该算法达到了很高的效率和鲁棒性。     

加窗傅里叶变换在三维形貌测量中的应用

采用加窗傅里叶变换技术(GTGM)对变形光栅图像进行分析在窗口区域内提取基频,并随着窗口的移动进行叠加,有效地重构出全部的基频信息,改善了不同频谱的叠加现象,提高测量的精度.     

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。     

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.     

一种无需标记的在线三维测量方法

提出了一种无需标记的物体在线三维面形测量方法。将一固定的正弦条纹投影到待测运动物体上,借助物体运动产生等效的相移变形条纹。基于傅里叶变换轮廓术的调制度对各帧变形条纹计算,提取其具有某一特定分布的特征区域,采用相关度最大法,检测各帧变形条纹对应的调制度特征区域的位移量来检测出物体的移动,从而实现像素匹配,得到一组像素坐标完全一一对应的等效相移变形条纹图。利用Stoilov相移算法得到物体的截断相位,利用位相展开算法展开位相,通过位相和高度映射即可实现在线移动物体的面形测量。通过计算机仿真验证了该方法的可行性。     

一种基于参数标定的投影条纹周期简易校正方法

基于三角测量原理的条纹投影轮廓测量系统中,倾斜投影到参考平面上的条纹将产生周期展宽现象,引起相位失真甚至影响测量精度.论文以条纹位置为控制变量推导出条纹周期校正的线性数学模型,通过简便的标定获得模型参数,由此反算出新的待投影条纹,并在参考平面上获得周期分布的投影条纹.实验结果表明校正后的条纹周期变化范围在±0.1像素内...     

小波变换轮廓术抑制CCD非线性的分析

对比研究了CCD非线性对小波变换轮廓术和傅里叶变换轮廓术的影响,并从信号频域角度分析推导出考虑CCD非线性时,变形条纹的小波变换的频谱描述形式,得到了"脊"处小波系数的解析表达式。处理由CCD非线性引起的非完善的条纹图时,采用小波变换轮廓术提取相位,实质是采用最佳的加权滤波窗口,这样能减弱CCD非线性引起的频谱混叠对测量的影响,可以得到比傅里叶变换轮廓术更稳定的恢复效果。计算机模拟验证了此结论的正确性。     

A theoretical comparison of three fringe analysis methods for determining the three-dimensional shape of an object in the presence of noise

Various levels of random noise have been added to simulated digital images of a spherical dome illuminated by fringes projected from an offset angle. The noisy images have then been analysed using Fourier transform profilometry, phase shifting profilometry and spatial phase detection. The theoretical dome was subtracted from the domes reconstructed using these methods to form error maps. The maximum and RMS errors for each error map were calculated and plotted against the added noise level. At low levels of added noise the phase shifting method produced the lower errors, but above around 10% noise the Fourier transform method was better. Only at very high levels of added noise did the spatial phase detection method achieve the lowest errors.     

Measurement of a discontinuous object based on a dual-frequency grating

The dual-frequency grating measurement theory is proposed in order to carry out the measurement of a discontinuous object. Firstly, the reason why frequency spectra are produced by low frequency gratings and high frequency gratings in the field of frequency is analysed, and the relationship between the wrapped-phase and the unwrapping-phase is discussed. Secondly, a method to combine the advantages of the two kinds of gratings is proposed: one stripe is produced in the mutation part of the object measured by a suitable low frequency grating designed by MATLAB, then the phase produced by the low frequency grating need not be unfolded. The integer series of stripes is produced by a high frequency grating designed by MATLAB based on the frequency ratio of the two kinds of gratings and the high frequency wrapped-phase, and the high frequency unwrapping-phase is then obtained. In order to verify the correctness of the theoretical analysis, a steep discontinuous object of 600×600 pixels and 10.00~mm in height is simulated and a discontinuous object of ladder shape which is 32.00~mm in height is used in experiment. Both the simulation and the experiment can restore the discontinuous object height accurately by using the dual-frequency grating measurement theory.     

由傅里叶功率谱恢复物函数的研究

相位恢复工作中,针对物函数是实函数的情形,Fienup算法取得了较大的成功.本文给出一新算法,其收敛程度比Fienup算法更优.以天文学中双星情形为例,比较了两种不同算法的结果.     

小波变换轮廓术中用小波脊系数幅值引导相位展开的研究

为了减少小波变换轮廓术中相位展开过程的误差传递,从小波变换的相关实质出发,提出了在小波变换轮廓术中利用以前被忽略的小波脊系数幅值作为可靠度判据指导相位展开的方法.该方法选择最大幅值的小波脊系数所在位置作为相位展开起始点,根据小波脊系数幅值的大小,确定一条由大幅值到小幅值的最优化的展开路径,最大限度减少了相位展开过程中的误差传递.由于充分利用了小波变换系数的幅值信息,最大限度减小了相位展开过程中的误差传递.计算机模拟和实验验证了基于小波脊系数幅值的相位展开方法的正确性.     

调制度测量轮廓术在复杂面形测量中的应用

调制度测量轮廓术(MMP)是将物体的高度信息编码在投影到待测物面上的正弦条纹的调制度信息中,可以实现对物体的垂直测量,特别适合测量表面有高度剧烈变化或不连续区域的物体。探讨了基于傅里叶变换的调制度测量轮廓术在复杂面形测量中的应用,提出了调制度焦深的概念并详细分析了调制度焦深对测量的影响,以调制度焦深为基础从测量系统设计的角度提出了提高测量精度的具体措施,给出了实验系统设计方案,讨论了影响测量精度的几个实际问题及解决方案。对复杂面形和深孔物体的实测结果表明,基于傅里叶变换的调制度测量轮廓术测量复杂面形物体可以达到较高的测量精度。     

小波变换轮廓术的测量范围研究

利用小波“脊”处的小波系数来提取变形条纹中的相位信息可以在很大程度上抑制条纹图中有用的基频分量与零频和其它谐波频率分量的混叠,弥补了傅里叶变换轮廓术的不足。从离散信号频域分析角度,推导了变形条纹小波变换的频谱描述形式,讨论了其测量范围,包括结构条件和抽样条件。结果表明,只有在无周期内瞬时频谱混叠,即任意位置处物体瞬时高度变化满足h/xx=b<1/3条件时,和不存在抽样引起的周期间瞬时频谱混叠的抽样条件下(即一个周期内的抽样点数m≥4时),小波变换轮廓术才能正确恢复被测物体的三维面型。计算机模拟和实验验证了该结论。     

Neural network applied to reconstruction of complex objects based on fringe projection

The neural network has been introduced into the reconstruction of the complex object based on fringe projection. In this method, the neural network with powerful property of approximation is used to get the continuous approximate function of a discrete fringe pattern captured by an image frame grabber. The depth-related phase of the measured object modulated into the fringe pattern can be demodulated by dealing with the approximate function. Compared with the Fourier transform profilometry (FTP), in the network method, one deformed fringe pattern is needed to reconstruct the tested object, and a high spatial resolution is maintained for no filtering process. Therefore, this method performs better than FTP in the measurement of the complex object. Moreover, the network method is capable of demodulating more depth-related phase even in the case that the local shadow exists in the fringe pattern. Computer simulations and experiments validate the feasibility of this method.