相位测量轮廓术中结合几何标定的非线性校正（英文）

提出了一种嵌入到常规几何标定过程中的非线性校正算法。该方法通过相位获取投影图案与拍摄图像对应点之间的亮度关系,进而确定系统的非线性亮度响应。该算法在几何标定进行的同时,无需调整系统设置或投影额外的结构光图案,直接导出用于非线性预补偿的灰度查找表。实验结果表明,校正后的相位误差比校正前减少了约95%。     

光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正

由于数字光栅投影仪的光强传递函数对于正弦投影条纹的质量以及相位测量精度起着至关重要的作用,本文提出了一种校正光学三维扫描仪光强传递函数的新方法。首先,分析了由于投影仪非线性响应引起的光栅谐波的相位测量误差;然后,通过投影一组不同灰度级的图像,并利用光功率计测出数字投影仪投出图像的亮度。接着,通过分析得到数字投影仪的非线性响应特性曲线,再经过数据处理,即可获得投影仪的光强传递函数;最后,对光强传递函数进行反函数逆变换,得到一个校正后的非正弦光栅,利用投影仪对该光栅的投影即可在被测物体表面上获得一个正弦光栅。数字投影仪对标准平板的测量结果表明,校正前平均误差为0.71 mm,校正后为0.55 mm;对于标准量块的测量,校正前的平均误差为0.62 mm,校正后为0.15 mm。上述结果表明,本文提出的方法可以减小由于系统非线性响应引起的测量误差并提高测量精度。     

结构光三维测量系统标定的关键算法研究

系统参数标定是结构光三维测量系统的关键问题之一,标定板特征圆圆心检测精度与投影仪、相机镜头gamma效应引起的相位误差是系统参数标定的主要误差来源。采用Sobel算子粗定位标定板特征圆的边缘点,以正交傅里叶-马林矩(OFMM)算子对边缘点进行亚像素定位,用椭圆拟合法确定特征圆圆心的方法提高标定板特征圆检测精度。同时,推导结构光三维测量系统gamma非线性数学模型,将计算得到的系统gamma值的倒数作为投影正弦光栅的指数以降低gamma效应引起的相位误差。实验结果证明了该方法的准确性,与不采用亚像素边缘检测与gamma校正相比,X、Y方向的标定精度分别提高约3.5倍与5倍。     

高动态范围表面自适应条纹投影测量方法

相位测量轮廓术是获取物体表面三维形貌信息的最有效方法之一,但是对于表面反射率变化较大的物体,传统的条纹投影技术难以使高反射率和低反射率的区域都能实现高精度的形貌测量.针对这一问题,提出一种基于递归的自适应条纹投影方法.该算法能够分析采集图像中亮度饱和及亮度不足的像素点,并根据坐标映射关系自适应地调整投影图案的亮度,使各像素投影亮度经二分递归后趋近于最佳投影亮度,达到避免饱和及提高信噪比的目的 .实验结果表明,所提方法能够准确实现投影亮度的调整,仅需少量的递归过程,就能纠正99.3％投影亮度不合理的像素点,在改善高动态范围表面的三维显示效果的同时提高了其三维形貌的测量精度.     

单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究*

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

基于傅里叶频谱分析的相位测量轮廓术系统Gamma非线性校正方法

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正,使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法,利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值,再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换,实现投影条纹输入值的提前校正,以获取具有良好正弦性的结构条纹,从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图,而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。     

用于相机标定的球靶标投影误差分析与校正

由于球体具有轮廓连续性好等优点,在摄像机标定,尤其是多相机标定方面获得了广泛的应用。利用球作为标定靶标可以弥补平面靶标在多相机标定中出现视角过大时畸变太大甚至于观测不到的不足,但是空间球经透视投影后成像一般并非标准圆,而是一个椭圆。椭圆几何中心与球心真实成像中心并不一致,从而影响了标定精度。造成球心成像误差的因素主要有两个,即球的相对大小及相对于相机的位置。通过分析空间球成像模型,仿真研究了各因素对球心成像误差影响的大小,寻找球心的透视投影像点与其成像椭圆几何中心之间的误差变化规律,并建立了两者之间的误差校正模型,最后通过实验验证了该校正模型的可行性和有效性。通过校正,球心投影像点定位精度可达到亚像素级。     

一种基于双参考平面的等相位坐标标定方法

栅线投影三维测量中通过标定技术把二维的相位信息转化为高度信息,提出了一种基于双参考平面的等相位坐标标定方法。该方法利用被测物体上相位和两个参考平面上相位相同的位置坐标,通过线性插值得到物体表面的高度,而不是传统方法中将物体上的相位直接减去参考平面上同一坐标下的相位得到绝对相位,再建立高度和绝对相位之间的函数关系(将此类方法称为等坐标相位法)。所提方法能够同时解决相位-高度转换以及由于栅线投影系统的非线性响应导致的非正弦性误差的问题。理论和实验证实了该方法的有效性。结果显示,等相位坐标法得到的主要由条纹的非正弦性引起的均方根(RMS)误差不到等坐标相位法的一半。     

Flexible geometrical calibration for fringe-reflection 3D measurement

System geometrical calibration is a challenging task in fringe-reflection 3D measurement because the fringe displayed on the LCD screen does not lie within the camera's field of view. Commonly, a flat mirror with markers can accomplish system geometrical calibration. However, the position of the markers must be precisely located by photogrammetry in advance. In this Letter, we introduce a calibration method by use of a markerless flat mirror. Experiments in phase measuring deflectometry demonstrate that the proposed method is simple and flexible.     

Calibration of a wide angle stereoscopic system

Inaccuracies in the calibration of a stereoscopic system appear with errors in point correspondences between both images and inexact points localization in each image. Errors increase if the stereoscopic system is composed of wide angle lens cameras. We propose a technique where detected points in both images are corrected before estimating the fundamental matrix and the lens distortion models. Since points are corrected first, errors in point correspondences and point localization are avoided. To correct point location in both images, geometrical and epipolar constraints are imposed in a nonlinear minimization problem. Geometrical constraints define the point localization in relation to its neighbors in the same image, and eipolar constraints represent the location of one point referred to its corresponding point in the other image.     

一种弹光调制器精确定标微系统设计

弹光调制器利用各向同性晶体受迫振动后产生的双折射效应,对入射的偏振光进行相位调制,在偏振调制及测量方面具有重要应用.弹光调制器的相位延迟是其关键指标参数,实际应用时需对驱动电压与相位延迟进行标定.但传统的弹光调制器定标系统中的元件体积较大,且在使用前完成标定,误差大.为了使弹光调制系统能够实现实时定标,达到精确定标的目...     

基于Elman神经网络的磁场探头校准建模

针对大多数磁场探头都是在频域上校准、不能较好地满足测量电磁瞬变现象的问题,提出了一种基于Elman神经网络的磁场探头时域校准建模方法。利用Helmholtz线圈、浪涌发生器、示波器等仪器搭建了时域校准平台,对磁场探头进行校准实验,并采集浪涌发生器输出的电流波形和磁场探头的感应电压。分别以磁场探头的感应电压和Helmholtz线圈产生的磁感应强度数据作为输入输出,建立Elman神经网络模型。建模效果表明,所建模型能够准确地预测出磁感应强度的变化趋势,该校准模型具有一定有效性。     

传声器次声段灵敏度校准的误差机理研究*

次声波广泛存在于自然界与人类活动中,由于次声波具有穿透能力强、衰减小等特点,隔离和消除十分困难,对次声的监测防护与利用成为人们关注的焦点。次声波的定量研究依托传声器的测量实现,对传声器的灵敏度原级校准是保证测量精度的前提。该文基于活塞发生器校准原理下的压力泄漏与热传导耦合衰减模型,在COMSOL多物理场仿真软件中对校准腔和传声器后腔内的声场特征进行了数值仿真。创新性地提出了模型比较法,准确量化了次声段校准核心的泄漏、热传导独立与耦合修正量,验证并揭示了声压泄漏与热传导损失的幅值与相位变化机理。进一步地对传声器的次声段灵敏度校准过程进行了联合数值模拟,仿真结果表明,内外均压校准声场下传声器灵敏度的幅相频响应存在明显差异,但与校准腔内的泄漏与热传导效应无关。基于搭建的活塞发生器原级校准平台对传声器系统进行了原级校准,通过实验手段初步揭示了内外均压校准机制下传声器幅值灵敏度与相位灵敏度的显著差异。     

分层γ扫描技术中HPGe探测器几何因子加权刻度方法

分层扫描(SGS)测量分析是一种无损检测技术,是桶装核废物定性、定量分析的重要手段。实际分析过程中,随着放射性核素所在的位置变化,对应每层不同的位置HPGe探测器的探测效率也随之变化,导致对样品不同位置需分别进行效率刻度。本工作用均匀聚乙烯样品填充废物桶,采用SGS装置的测量方法估计放射核素活度。将放射性点源置于桶内,按距离桶的中心距离依均匀分布规律选取7个点,分别对其进行效率刻度。并建立SGS 测量系统几何模型,通过两种方法将1~7号位置的几何因子对探测效率计算结果进行加权平均,后给出每层的探测效率标准值,此标准值可充分估计每层不同位置对核素的探测效率。结果表明:在测量和计算误差存在的条件下,可以快速准确估计出放射性废物桶内不同位置的核素放射性活度,提高检测精度。     

Phase calibration of sonar systems using standard targets and dual-frequency transmission pulses

The phase angle component of the complex frequency response of a sonar system operating near transducer resonance is usually distorted. Interpretation and classification of the received sonar signal benefits from the preservation of waveform fidelity over the full bandwidth. A calibration process that measures the phase response in addition to the amplitude response is thus required. This paper describes an extension to the standard-target calibration method to include phase angle, without affecting the experimental apparatus, by using dual-frequency transmission pulses and frequency-domain data processing. This approach reduces the impact of unknown range and sound speed parameters upon phase calibration accuracy, as target phase is determined from the relationship of the two frequency components instead of relying on a local phase reference. Tungsten carbide spheres of various sizes were used to simultaneously calibrate the amplitude and phase response of an active sonar system in a laboratory tank. Experimental measurements of target phase spectra are in good agreement with values predicted from a theoretical model based upon full-wave analysis, over an operating frequency of 50-125 kHz.     

迭代最小二乘法用于非线性移相器的标定

针对移相干涉仪中移相器的非线性会影响测量结果准确性的问题,提出了一种基于迭代最小二乘拟合的标定干涉仪移相器的新方法。对移相器加电压并采集若干幅干涉图后,通过在帧间和帧内迭代开展最小二乘拟合可计算出干涉图间移相值,从而得出了电压值与移相值的对应关系曲线,通过对曲线作非线性拟合并对电压值进行精密调整,完成移相器的精确标定。在改造后的干涉仪上对此标定方法进行验证,与Zygo干涉仪相比,相同元件下两者测量结果之差的RMS值为1.726 nm。该标定方法可以降低高精度面形测量干涉仪对移相器线性度的要求。