彩色数字编码投影光栅三维轮廓术的研究

研究了一种用彩色条纹对光栅进行数字编码的方法。其中投影光栅用白、红、绿、蓝和它们的补色黑、青、品、黄按照四位二进制原理对光栅进行编码。用白色和黑色条纹分别表示八位上的1和0;用红色和青色条纹分别表示四位上的1和0;用绿色和品色条纹分别表示二位上的1和0;用蓝色和黄色条纹分别表示个位上的1和O。这样在一个周期中共有64个条纹。这样的空间周期能够胜利一般特体的测量。由于每个的条纹只有一个逻辑状态,所以这种方法具有较好的抗干扰能力。     

彩色组合编码条纹光栅轮廓术

研究了一种新的编码光栅投影三维轮廓术。其中投影光栅利用彩色空间红、绿、蓝三基色相互独立的特性,用彩色条纹对光栅进行编码,以白色条纹为起始位,后接红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色的条纺组成一组。改变红、绿、蓝的排列顺序可使各组有不同的编码。根据排列组合原理,红、绿、蓝三色可有6种不同的排列方式。经过编码处理的光栅在保证测量精度不变的前提下,加大了高度测量的范围。由于每条纹只采用0和255两个状态,因此具有较强的抗干扰能力。测量的精度主要取决于图像的分辨率。     

基于单幅彩色正弦光栅投影的三维形貌测量

提出了一种新的基于单幅彩色正弦光栅投影的三维形貌测量方法.利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红绿蓝(RGB)三个通道合成为一幅彩色条纹图,并由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色变形条纹由彩色电荷耦合器件(CCD)采集并保存在计算机中.对畸变的彩色条纹进行三色分离处理,利用其中的红色条纹分量与蓝色背景相...     

单幅彩色条纹投影的不连续物体表面三维形貌测量

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图,由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离,同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图,通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体,利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景,从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。     

线性结构光编码的三维轮廓术

提出一种新的光学轮廓术－线性编码轮廓术，它利用周期线性结构光编码三维物面，并辅以相移技术来解调相位。本文详细给出了线性编码轮廓术的原理，并通过实验验证了其可行性。     

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。     

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。     

一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统

为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11 μm,系统的有效深度测量范围为700 μm。     

基于广义载波条纹图数字解调的三维形貌测量技术

提出研究了一种新的三维表面测试技术，该技术基于广义非线性载波条纹的数字解调。文中给出了该技术的理论分析和实验结果。     

基于标记点消隐与提取的三维形貌及形变测量

条纹投影轮廓术期望被测表面反射率足够均匀以保证形貌测量精度,而数字图像相关技术则期望被测表面能够提供高对比度的纹理信息来确保图像匹配准确性和形变计算精度,二者对表面的纹理需求存在矛盾。针对这一矛盾,提出基于RGB模型的标记点纹理消隐与提取方法,通过计算特定的消隐系数与提取系数,同时提取高质量的条纹图案和纹理图案分别用于后续形貌和形变测量。实验结果表明,相较于已有方法,所提方法可以解决条纹投影轮廓术和数字图像相关技术对纹理要求的矛盾性问题,同时实现高精度的三维形貌和形变测量。     

3-D shape measurement based on complementary Gray-code light

A combination of phase-shift with Gray-code light projection into a three-dimensional (3-D) measurement system has been exploited to digitalize 3-D shape information of a tested object, even with a discontinuous surface. Unfortunately, the phase unwrapping will fall into an error, when an improper value of Gray coding is caused by mistake at the partial boundary of two adjacent binary words. To this end, a new complementary Gray-code method is proposed in this paper as well as the corresponding phase-unwrapping method. This problem of phase unwrapping could be cleverly solved by projecting an additional Gray-code pattern to extend this code and using the different and complementary boundary locations of the traditional and additional codes. The results of computer simulation and experiment confirm that this proposed method based on complementary Gray-code can reliably reconstruct the nature phase distribution of the tested object with only one extra fringe pattern.     

Dynamic 3-D shape measurement method based on FTP

In this paper, we propose a method for dynamic three-dimensional (3-D) shape measurement based on Fourier transform profilometry. A sequence of dynamic deformed fringe images can be grabbed by a CCD camera and saved on a disk rapidly. By a Fourier transform, filtering and inverse Fourier transform, a sequence of phase-maps can be obtained. By unwrapping these phase maps in 3-D phase space, we can obtain the shape of the dynamic object at different times. In this paper we also propose the algorithm of a phase difference between two deformed fringes, and the 3-D phase unwrapping method based on the phase difference algorithm. The computer simulation and experiment results show that this method can efficiently deal with the dynamic 3-D shape measurement.     

基于光学原理的三维形貌测量技术研究

为了加快产品开发和保证产品制造质量需要对物体的三维形貌进行精确的测量。光学形貌测量技术由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法。介绍了各种基于光学原理的三维形貌测量技术,并作了比较深入的分析和对比,为正确和广泛应用三维形貌测量技术提供了参考。给出了在该领域的发展方向和研究热点。     

三维物体360°面形自动测量方法

提出一种三维物体360°面形自动测量方法.简要介绍了方法原理,系统结构,信息获取与处理方案,并给出对圆锥-圆台金属模块和人头石膏模型360°面形测量结果.     

Shifted-phase calibration for a 3-D shape measurement system based on orthogonal composite grating projection

This paper proposes a novel method for reducing measurement error caused by spectrum overlapping in orthogonal-composite-grating-based 3-D measurement method. For 3-D measurement systems based on orthogonal composite grating projection, spectrum overlapping causes phase of each deformed phase-shifting fringe changed differently, which violates the principle that the shifted phases between adjacent deformed fringes must be equivalent to 2π/3, and therefore results in phase measurement error. The proposed shifted-phase calibration method is based on that phase variation of each deformed fringe is independent of height and reflectivity of the measured object. Three composite gratings are projected on the reference plane, and each carrier channel includes three phase-shifting gratings needed in phase measuring profilometry (PMP). Because the adjacent phase-shifting fringes demodulated from the same carrier channel have the phase difference of 2π/3, we can respectively calculate the reference plane's phases of three carrier channels by the phase algorithm of PMP method, and the shifted phases between them are obtained. When an object is measured, the shifted phases between deformed phase-shifting fringes can be calibrated. A new 3-D measurement mathematical model is set to reconstruct object. Our experiments prove that the proposed method can effectively restrain the effect of spectrum overlapping and improve measurement accuracy almost one times.     

基于二维彩色靶标的结构光三维测量系统快速标定方法

系统标定是基于结构光投影的主动式光学三维面形测量的关键技术之一,同时也是一项复杂和耗时的工作。提出了一种基于RGB彩色模型的系统快速标定新方法。利用一个彩色的二维平面靶标和由投影仪投影的彩色标记特征图像实现了摄像机和投影仪的同时快速标定,对靶标的每个标定姿态位置只需要拍摄一幅图像即可得到该位置的特征参数。与传统方法相比,标定过程简单快捷,所需的数据量较少。利用该方法对一个结构光三维测量系统进行了现场标定,并测量了一个平面和一个半圆柱物体,实验结果中点到拟合平面的最大距离为0.8039mm,平均误差为0.1693mm。利用该系统恢复半圆柱物体的面形与传统标定方法的测量结果符合得很好。实验表明,由该方法获得的结果准确可用,且标定速度快。     

相移逻辑云纹法用于三维物体面形测量

讨论了相移逻辑云纹法用于三维形状测量的原理，并给出了多个测量实例，实验证明，此法可快速得到物体的三维形状轮廓图。误差小于１０％。     

用条纹图形拼接法测量三维大物体面形

三维物体面形的测量在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量却存在着许多困难，诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理的测量三维大物体面形的方法：条纹图形拼接法，给出了数学模型、计算机模拟结果和实验结果。