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.     

彩色栅线动态三维测量中自适应相关匹配技术

彩色栅线结构光三维测量可仅靠左右摄像机单幅图像完成像素级相位匹配,能够实现运动或者变形物体型面重构,但其测量精度有待进一步提高.在依据相位进行粗匹配的基础上,采用立体视觉数字相关技术在左右图像局部区域进行更细致的匹配.计算相关系数时,依据彩色栅线各个周期的色彩变化特性白适应调整不同颜色通道的权重,依据不同视点表面变形特性自适应调整左右相关窗口的尺寸.在极线方向上双线性插值进行亚像素匹配.实验结果证明自适应数字相关匹配技术在保证彩色栅线动态检测,分辨率高优点的同时,可有效改善测量精度至0.1 mm,扩大测量适用范围.     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

为了非接触、无损、快速地获取物体表面丰富直观的三维信息，即在进行物体三维几何信息重构的同时，还要恢复出物体表面的色彩纹理信息，以利于对物体空间信息的再现和分析，研究了基于机器视觉的三维灰度重构技术。     

采用短相干光数字全息术实现反射型微小物体的三维形貌测量

针对反射型微小物体，设计了一种可在三维形貌测量中实现微小物体分层记录的短相干光源无透镜傅里叶变换数字全息记录系统，并利用该系统对锥形微孔壁实现了分层记录.该系统可通过调节待测物体的位置，改变全息记录中的物光光程，从而获得重构三维物体所需要的一系列子全息图.该系统具有光路简洁，系统的附加误差小的特点.实验测量的轴向误差约为3.5%，横向误差约为2.6%.此外，在三维重构的过程中，为避免因散斑噪声较大而无法利用位相信息进行三维重构的情况，采用了最小二乘多项式拟合方法，将微小物体的一系列再现强度图像进行三维重构.由于避免了复杂的相位展开，所以不但运算简单，而且具有较强的抗散斑噪声能力.     

基于梯度的数字体图像相关方法测量物体内部变形

数字体图像相关方法通过分析两幅以体素为单位的三维体图像获得物体内部的三维变形信息.在利用数字体图像相关方法测量物体内部变形的过程中,整体素的位移场可以通过简单的空域搜索获得,因此如何计算亚体素位移是提高该方法位移测量精度的关键.介绍了一种基于空间灰度梯度的亚体素位移测量算法,并用计算机模拟生成的可精确控制位移的三维散斑...     

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。     

三维复杂场景的菲涅耳全息图频域压缩重建

针对三维物体计算机产生全息图信息的相似性和冗余性问题,提出了一种基于三维总变分稀疏模型复杂三维场景的菲涅耳全息图频域压缩重建方法。首先通过计算获得了三维物体的菲涅耳全息图,然后利用概率密度函数服从指数分布的非相干变密度频域下采样模式对菲涅耳全息图的频域进行频域下采样操作,最后利用压缩感知重构算法对下采样后的全息图频域信息进行频域压缩重建。模拟实验验证了该方法的可行性,相比于传统的利用高斯随机测量矩阵对全息图空域的下采样模式,所提方法能够显著提高重构图像的峰值信噪比,这方法尤其适用于低采样率情况下。     

小波相位解调轮廓术

针对傅里叶变换轮廓术因混频难以准确提取基频的问题,可将小波变换用于三维形貌相位直接解调。对其原理进行了研究,通过编程实现了小波相位解调。取Morlet复小波作为小波母函数,对调制栅线图逐行进行连续小波变换,从各位置的沿尺度方向的小波变换系数幅值的极值中可直接求取对应的相位数据。由于小波函数具有空域_频率两域的局部化特性,因此它对变形栅具有很强的自适应能力。为验证新方法,对其进行了仿真分析,同时还对石膏半球模型和化妆品瓶进行了实际测量,并分别用傅里叶变换和小波变换进行了处理。结果表明,新方法有效地克服了混频的问题,改善了相位解调效果,提高了测量精度,特别适合于复杂物体的形貌测量。     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

基于双目立体视觉三维重构原理,采用主动扫描实现特征匹配的三维灰度重构技术,通过特征结构光扫描物体表面,由经过预标定的两套成像传感器拍摄其图像,经过图像处理程序提取出特征点,完成特征匹配,再计算出物体表面三维轮廓,同时将成像传感器中的灰度信息映射到相应的特征点,从而实现特征点的三维信息和颜色信息的重构和匹配。该技术为三维彩色逼真场景的重构奠定了基础。     

基于时域小波变换相位提取的三维形貌测量

提出基于时域小波变换的连续振动物体相位提取方法,恢复连续振动物体的瞬时三维形貌。将小波变换用于序列影栅云纹相位分析中,对连续振动物体的序列影栅图像进行处理,利用小波变换的多分辨力特点,对各点的灰度变化进行连续复小波变换,通过提取小波脊所对应的相位,得到各点相对于基准光栅的完整相位调制信息,从而获取运动物体的瞬时三维形貌。利用该方法对连续振动悬臂梁进行了分析,得到连续振动悬臂梁的瞬时速度及瞬时三维形貌,再现了悬臂梁的连续振动过程。为研究动态物体瞬时特性提供了一种新的方法。     

三维显示中基于彩色叠栅条纹的视差障栅参数设计

为确定三维显示中视差障栅(PB)的最优参数,提出一种基于彩色叠栅条纹的PB参数设计方法。液晶显示器(LCD)和PB简化为相应参数的黑白光栅模型,而具有特定参数的特定辐射光栅作为周期和倾角变化的PB模型,通过序数方程和傅里叶分析方法分析特定辐射光栅和LCD单色等效黑白光栅的叠加图样,由此推断出不同PB周期的低频主导条纹频率组项,然后利用傅里叶理论的部分和提取方法(PSE)分析不同PB周期的低频主导叠栅条纹的强度轮廓,得出PB的最佳节距和相应倾斜角度。实验结果表明,所设计的PB三维显示系统没有出现降低像质的叠栅条纹,具有较好的三维显示效果。     

基于变截面梁的光纤光栅线性无啁啾调谐

从理论上分析了利用变截面（等强度）弹性梁实现光纤光栅波长线性、无啁啾调谐的基本原理,给出了实现无啁啾波长调谐的弹性梁截面满足条件及其设计方案,并讨论了矩形等截面和变截面悬臂梁调谐方案的特点.理论分析与实验结果均表明,通过对变截面梁侧向施加载荷,可以实现光纤光栅中心波长的线性无啁啾调谐,且系统结构简单、易于设计.     

基于双光栅成像的RGB模型色彩还原效果的研究

基于双光栅衍射成像的实验方案,利用双光栅的色散和汇合光谱效应特性,用电脑摄像头拍摄作为物体的RGB模型,得到了RGB颜色模型的像。利用Photo shop软件将RGB颜色模型和得到的像进行颜色通道分离,再进行数据化分析处理,探究双光栅的RGB色彩模型色彩还原情况以及不同光栅组合对RGB颜色模型的色彩还原效果的影响。     

利用三色光栅实现彩色图像相减

本文提出了一种彩色图像相减的新方法.该方法利用互相错动半个周期的两组三色光栅,在黑白底片上分别对待处理的两幅图像进行一次编码记录,然后在白光处理器上对黑白编码片进行彩色译码,即可实现彩色图像的强度相减,文中讨论了三色光栅实时生成和两组三色光栅条纹自动错动半个周期的方法,并给出了实验结果。     

光束斜入射的分频光栅衍射行为研究

 用标量理论和矢量理论分析了光束斜入射时分频光栅的衍射行为，分频光栅在光束斜入射时的分频效果，以及入射角度的有效范围。计算结果表明，并非严格的正入射才能保证分频光栅的分频效果，在光束入射角度小于5°时仍然可以满足ICF系统的要求。     

High-efficiency spatial color separation method based on fractional Talbot effect

Based on fractional Talbot effect, Talbot grating is adopted to realize spatial color separation with high light efficiency. For red and green colors, a two-step Talbot grating is optimized and the light efficiency reaches over 95%. The two-step Talbot grating is fabricated and tested. Experimental results show that the Talbot grating indeed has the good ability of spatial color separation.     

光束斜入射的分频光栅衍射行为研究

用标量理论和矢量理论分析了光束斜入射时分频光栅的衍射行为,分频光栅在光束斜入射时的分频效果,以及入射角度的有效范围。计算结果表明,并非严格的正入射才能保证分频光栅的分频效果,在光束入射角度小于5°时仍然可以满足ICF系统的要求。     

Grating coupled interferometry for optical sensing

An interferometric sensor based on gratings on a planar waveguide is introduced. The device combines the advantages of known interference-based waveguide sensors with the simplicity of grating couplers. In the presented configuration, two parallel and coherent light beams, laterally separated in the direction of mode propagation, are coupled into a planar waveguide through a grating. One of the coupled beams is phase modulated using a periodically relaxing liquid crystal modulator, resulting in a time varying intensity signal at the end face of the waveguide. Refractive index changes within the waveguide section between the two coupling regions are monitored by observing characteristic changes in the intensity signal.     

Quasinondestructive holographic recording in photochromic LiNbO3

We have observed quasinondestructive holographic storage with a continuous-wave laser at lambda = 532 nm in near-stoichiometric LiNbO3 doped with Tb and Fe. This crystal showed an exceptionally long grating decay time and also exhibited a fast color change upon exposure to ultraviolet (UV) light. It was demonstrated that the grating recorded from the UV-exposed, colored state can be continuously read out over 9 h at a reading intensity as high as 8 mW/cm(2). In addition, the written grating could be easily erased with UV illumination which returned the crystal back to the original colored state.     

Modelling of finite-size grating waveguide filters on the basis of a free-space diffraction approach

The field reflection coefficientR of a high strength and short length waveguide grating section is obtained by resorting to a free-space diffraction approach whereby the waveguide grating is excited by means of a virtual high index prism. The effective index of the guided mode, the coupling coefficient between contradirectionally propagating modes of the grating waveguide as well as the modal field are first obtained in the case of an infinite grating by interpreting the results given by an exact diffraction solution by means of a three-wave coupled mode formalism. These results are then introduced in the coupled wave analysis of the structure of finite extent to provide the field at the entrance of the waveguide grating section where the usual overlap integral with the incident field delivers the reflection coefficient. We neglect only the result of radiation mode propagation. This assumption can be made when the grating section is longer than the propagating length of all the leaky modes.