一种新的基于条纹投影的三维轮廓测量系统模型

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统模型,新模型不要求测量系统满足光心连线平行于参考面、成像系统光轴垂直于参考面以及两光轴相交于参考面上等约束条件,只需投射至参考平面的正弦光栅条纹之间相互平行,简化了系统校准过程,有利于现场测量。得到的高度相位映射关系式中,待标定的系数与像点的坐标无关,不需要对每一个像点进行采样,能够减少系统标定所需的时间。实验表明:所提方法使投影装置和成像系统的位置校准过程简单,提高了系统标定的速度,且具有较高的测量精度,能够测量复杂面形的物体,增强了光栅投影三维测量系统的实用性。     

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%。     

新的基于条纹投影轮廓测量的系统标定方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统标定模型,新模型不要求投影装置和成像系统的光心连线与参考面平行、成像系统的光轴垂直于参考面及投影装置和成像系统的光轴相交。基于该模型得出了新的相位高度映射关系,其待定系数与成像点的坐标无关。实际测量中只需2个高度不同的标准块便可以求得待定系数。对4个标准块进行高度测量,得到的最大相对误差为06%。实验证明:该标定方法简单有效,提高了系统标定的可操作性和测量精度。     

新的基于条纹投影轮廓测量的系统标定方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统标定模型,新模型不要求投影装置和成像系统的光心连线与参考面平行、成像系统的光轴垂直于参考面及投影装置和成像系统的光轴相交。基于该模型得出了新的相位高度映射关系,其待定系数与成像点的坐标无关。实际测量中只需2个高度不同的标准块便可以求得待定系数。对4个标准块进行高度测量,得到的最大相对误差为0.6%。实验证明:该标定方法简单有效,提高了系统标定的可操作性和测量精度。     

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...     

基于体视显微镜的三维显微表面测量系统

将条纹投影轮廓测量术和体视显微镜相结合,搭建了一套能够对微小器件的表面三维形貌进行测量的系统。该系统由一台Greenough型的体视显微镜,一台DMD投影仪,一个CCD相机和一个机械平移台组成。在利用相移算法和降级去包裹算法得到被表面形貌调制过的无歧义相位后,通过相位和高度的映射关系,得到高度值,从而能够对微小器件的表面形貌进行重建。在标定时,通过精密的机械平移台将陶瓷标定板置于不同的高度,对其进行相位测量,得到多组相对应的相位和高度值,再对每个像素点进行多项式拟合来确定相位和高度的映射关系。实验测量了标定的最后一个平面以及微型的球栅阵列,平面测量结果显示测量误差在10 μm以内,从微型球栅阵列的三维重建结果可以清晰地看到排列的球形结构。实验结果证明了该系统对于平面和复杂的三维结构都能够进行精确的测量。     

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。     

基于双色条纹投影的快速傅里叶变换轮廓术

在实际傅里叶变换轮廓术测量中，获取的条纹图扩展的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响，甚至妨碍正确三维面形的恢复。π相移技术常被用来消除零频分量对测量的影响，但需要在测量系统中安装精密相移装置，并需要采集两帧具有π相位差的条纹图。传统傅里叶变换轮廓术中，完成精密相移需要较长的时间，影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出了采用双色正弦光栅投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响。该方法同传统的π相移方法相比，不需要相移装置，测量系统简单，并且能真正实现高速测量。     

Analysis on 3D object measurement based on fringe projection

A coordinate measuring method is presented, which is specially devised to perform the measurement of coordinates with projected fringe techniques of projectors in three dimensions. The system is composed of two parts: one is a target which can move freely in three dimensions, and the other is a stationary two-dimensional array of photodetectors. The mini-projector is tied to the target, and the projected fringe is monitored by the photodetectors. The phase of the photodetectors can be precisely measured with the phase-shifting algorithm, so that, the xyz location of the target can be determined with the geometric model of multilateration using the method of optimization. In this paper, the measuring principle, iterative method, computer simulation and preliminary results are given. The phase-shifting technique has the advantages of high accuracy and noise endurance. The method will provide the basis for follow-up iterative optimization calculation. The experimental results prove that the proposed coordinate measuring method is of high precision.     

基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法

复杂表面的精密三维测量在工业无损检测中非常重要。二进制条纹离焦投影方法在快速三维测量中有重要的应用前景,但该方法难以实现复杂表面高精度三维测量。为此,提出了基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法。由于离焦投影滤除了高次谐波和高频噪声,可以克服投影仪的非线性伽马效应,与传统投影正弦条纹方法相比,提高了其测量精度。针对离焦投影时,随着相位编码条纹频率增大,条纹级次判决困难,出现周期错位,导致相位解包裹出错,提出了相移编码方法来解决以上问题。采用相移编码方法校正周期错位,使条纹级次判决准确,进一步提高其测量精度。实验结果表明,其测量精度可以达到0.044 mm,验证了本方法的有效性和实用性。     

基于四步相移光栅投影的三维形貌测量系统

为了实现对具有明显跳变面物体的轮廓测量,建立了四步相移光栅投影的三维形貌测量系统,并对所采用的四步相移测量算法进行研究。在介绍四步相移原理的基础上以有明显跳变面的三棱锥橡皮块为例,建立针对明显跳变面的测量算法。通过对4幅相移图算术求和并除以4得到平均灰度图;将平均灰度图二值化处理定位明显跳变面或阴影部分;将二值化图像与包裹相位图卷积,而后对包裹相位图进行解包裹,从而得到正确的连续相位,最终获取物体三维形貌。根据上述算法测量三棱锥的三维形貌并计算其体积,测量实验表明:被测物的体积平均相对精度为0.47%。     

基于彩色光栅投影的快速三维测量方法

 针对条纹投影术提取物体高度信息的问题,提出了一种新的基于彩色光栅投影的三维测量方法。对选取G分量为255,R,B分量各取0或255而组成的青、白、黄、绿四色遵循格雷码原理进行编码,然后将G分量作正弦调制形成投影光栅投向被测物体。提取采集到的光栅变形图中G分量,利用傅里叶变换方法得到其初始相位;同时对采集到图像中的R,B分量作阈值迭代分割而G分量自动赋值为255,综合三分量信息得到条纹颜色信息进而获取条纹的周期信息,从而展开相位。全过程仅需投影一幅彩色光栅图就能完成三维测量,实验结果表明该算法易于实现,在测量实时性和精确性上表现良好。     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

Surface height retrieval based on fringe shifting of color-encoded structured light pattern

A new method of fringe shifting for color structured pattern projection is presented for three-dimensional (3D) surface height measurement. Temporal encoding of color stripes is combined with locally spatial shifting of multiple fringes to realize image acquisition with a small number of pattern projections. Object topography is retrieved with high resolution by decoding the code word of each fringe with the help of the redundant information provided by the shifting patterns and the encoding patterns in their temporal and spatial neighborhoods. An application to evaluate the shape of a buckled tube demonstrates the effectiveness of the method.     

Microscopic structured light 3D profilometry: Binary defocusing technique vs. sinusoidal fringe projection

This paper compares the binary defocusing technique with conventional sinusoidal fringe projection under two different 3D microscopic profilometry systems: (1) both camera and projector use telecentric lenses and (2) only camera uses a telecentric lens. Our simulation and experiments found that the binary defocusing technique is superior to the traditional sinusoidal fringe projection method by improving the measurement resolution approximately 19%. Finally, by taking the speed advantage of the binary defocusing technique, we presented a high-speed (500 Hz) and high-resolution (1600×1200) 3D microscopic profilometry system that could reach kHz.     

A novel fast 3D measurement method based on phase-coded fringe projection

Optical Review - Fringe projection profilometry is widely used for the 3D measurement of real-world objects; however, quickly obtaining high-precision 3D measurements is an issue that needs to be...