正交光栅相移轮廓术的相位误差分析及其校正

正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位.但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论.为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测量的影响,推导了带有非线性误差的相位表达式,并分析了两个方向相位相互串扰的原因.在此基础上,分...     

相位测量轮廓术中随机相移误差的校正算法

在相位测量轮廓术(PMP)中．随机相移误差足导致测量误差的重要因素,提出一种新的随机相移误差的校正算法,在五步相移的基础上不需要求解相位分布．通过近似处理可以直接求解相移过程中存在的随机相移误差,在保证精度的情况下,能大大减少迭代次数和计算量。推导了新算法的计算公式,详细说明了随机相移误差的求解过程。计算机模拟和实验证实了新的算法的有效性。与In-bok Kong的算法相比较,新算法能大大减少迭代次数和计算量。该新算法也同样适用于相移干涉计量。     

抑制相位测量轮廓术饱和误差相位融合算法

在相位测量轮廓术中,由于被测物体表面反射率过大,导致照相机捕获的图像中部分像素点强度值超过照相机的最大量化值,即光强度饱和。分析了光强度饱和引起的相位误差,提出一种相位融合算法。该算法通过查找归一化后的最大调制强度,提取其对应的相位,并将该相位作为三维重建的最终相位。实验结果表明,在理想情况及测量系统存在Gamma畸变时该算法均能有效地修复饱和误差。当测量系统存在Gamma畸变时,校正后相位误差均方根值相对于传统技术减小了58.86%。     

两步相移实现投影栅相位测量轮廓术

提出一种新的投影栅相位测量方法--两步相移法。该方法只需两幅相移条纹图，因此计算量小，速度快。给出了实验及计算结果，并同四步相移法进行了比较，证明了该方法具有较高的精度。     

基于圆形条纹投影的相位测量轮廓术研究

编码的圆形正弦条纹在圆心具有零相位,该点可以作为后续相位计算和展开的参考。但是圆形条纹提供的载频相位具有非线性特点,当其用于三维面形测量时,如果圆心在物面上,获取物面高度信息的方法与投影单频直条纹的情况不同。研究基于圆形条纹投影的相移轮廓术,讨论了物面高度引起的图像点坐标的位移量和绝对相位的计算方法,并完成相应的误差分析。对3.5 mm平面测量误差的标准差为0.019 mm。计算机模拟和实验验证了该方法能直接得到离面物体的绝对相位,用于重建物体的三维面形。     

一种新的360°三维轮廓术

提出了运用相移技术的光刀投影式测量３６０°回转物体三维轮廓的新方法。该方法对投影光刀引入正弦分布光场,利用相移技术对光刀投影狭缝进行相位计算,可得出各点的包裹相位分布,然后再利用光刀投影测量原理得到的高度信息对相位进行去包裹处理,从而得到具有较高精度的相位测量结果。最后根据相位与物体高度的几何关系,得到物体的三维轮廓数据。文中详细介绍了这一技术的原理及实验结果     

双频光栅轮廓术的研究

在投影栅相位法轮廓检测中,当物体含突变部分时,包裹相位很难准确恢复,对此可用双频变精度技术来解决。如果用两种不同频率光栅分两次进行测量,无疑增加了测量负担,也无法满足实时检测的要求。提出用软件生成两种不同频率成分的复合正弦光栅,用液晶投影仪投影,针对不同物体具体突变部分的情况,可灵活生成各种不同灵敏度的复合光栅。只采一次图像就可以达到以往双频技术中多次采集的效果,该法具有快速和去包裹精度高的特点。最后,进行了实验测试,结果非常满意。     

基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法

为了提高测量速度,提出一种基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法,只需采集一帧图像,就能实现高速测量以及动态物体轮廓测量中的相位去包裹。论述了双频相位测量和变精度去包裹原理,并详细分析影响测量精度的因素。该方法采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图,用液晶数字投影仪投影,并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析,获得高低两种精度的被测物体高度信息,从而进行变精度去包裹处理。结果表明,利用该方法提高了测量速度,可得到较高的去包裹精度,其测量最大绝对误差为 1．413～-1．582 mm,标准差为0．363 mm。     

一种新的双频光栅轮廓术

物体含突变部分时,包裹相位很难准确恢复.若用双频光栅技术分两次测量,测量次数增加,不符合实时要求.提出用软件方法生成含两种不同频率的复合光栅,用液晶投影仪投影.针对不同物体突变情形,生成各种不同灵敏度的复合光栅.只一次采集,就达到过去双频多次采集的效果.两幅不同灵敏度的相位图可同时获取,相位去包裹时高精度光栅相位不确定性由粗光栅对应相位修正.最后,进行了实验测试.结果表明,新方法具有速度快、精度高、测试范围广等特点.     

相位测量轮廓术(PMP)中光场非线性误差分析

在相位测量轮廓术( PMP)中,探测器的非线性响应是导致测量误差的重要因素.对该误差进行了理论分析和计算机模拟,比较了几种相移算法对这一误差的抑制能力,模拟结果与理论分析的结果一致.提出一种存在非线性误差时光强函数的几何描述方法,采用帕斯卡蜗线描述二阶非线性光强函数,这是一种用角度射线与帕斯卡蜗线交点在横轴上的投影长来表示相对光强的几何模型,形象地表示了探测光强与光栅移动角度的关系,以及非线性误差存在和不存在时的光强变化.同样,文中采用准卡西尼卵形线蜗线描述三阶非线性光强函数,用同样的方法形象地表示了在存在三阶非线性时探测光强与光栅移动角度的关系,以及非线性误差存在和不存在时的光强变化,可为实际应用中合理地选择算法和直观的评估非线性导致的光强变化提供帮助.     

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.     

非线性小数重合法及其在轮廓测量中的应用

叠相还原的困难是光栅投影式轮廓测量技术中影响可靠性和阻碍自动化测量的最大问题。本文提出了一种新型的时域叠相还原算法－－非线性小数重合法,这种新方法可以将可靠测量扩大数部,而不失测量精度。文中详细论述了非线性小数重合法的原理,并给出了轮廓的可靠测量的实验结果。     

傅里叶变换轮廓术中相位失真的预矫正方法

介绍了一种基于傅里叶变换轮廓术的三维面形测量系统中相位失真的预矫正方法。由于投影系统和成像系统的空间三角位置关系、投影仪的发散照明和两套系统蕴含的光学畸变,投影一幅相位与空间坐标成理想线性关系的标准正弦光场,拍摄到的条纹相位和空间坐标不再呈线性分布,引起相位失真,甚至会影响系统测量精度。该方法借鉴反向条纹投影的思想,计算拍摄光场的非线性相位分布与理想的线性相位分布之间的关系,预先矫正,反算出一个新的待投影光场。实验结果表明这种方法能有效地减小该类相位失真所导致的测量误差,获得了更好的测量结果．     

一种新的快速解相位方法

提出了一种快速可靠的4步相移编码-解相位算法。通过对中心条纹的光强进行摄动,将编码信息加入到基本相移光栅中,使4幅基本相移图不但包含了相位场主值信息,还包含了解相位所需的编码信息。建立了摄动度函数描述相移图的摄动信息进而得到编码信息,解出完整的相位值。对摄动度函数的误差和噪声进行分析,提出方向滤波方法来消除噪声,极大地减少了编码信息的误判情况。仿真和实验证实了本算法的可行性。与传统相移法相比,解相位的速度和可靠性得到明显的提高。     

一种新的相位测量轮廓术

首次提出了变精度二次测量轮廓术，利用这一技术，在相位过程中，对有断点及边介区域也能得到正确的去包裹相位值。文中讨论了相位恢复的误差容限。最后，把这一技术用于三维面形测量中，并得到了较好的实验结果。     

基于平面估计的三维测量相位展开新方法

工业自动化生产中微米级的三维测量大多采用相位测量轮廓术,但其中现有的包裹相位展开方法容易受图像噪声和相位突变的干扰;在电路板贴片安装的锡膏三维测量中,利用电路板的平面区域包裹相位信息进行平面估计,然后全局相位展开向拟合平面靠拢,根据统计信息确定参数,得到连续相位;利用展开后的相位再进行电路板平面的二次曲面拟合,提高基平面的拟合精度和相对高度;对比实验证明了该方法的鲁棒性和快速性,处理时间短,不受噪声、相位突变、阴影等干扰。     

基于S变换的改进窗口傅里叶三维测量法

讨论了一维S变换在处理条纹图中的应用,推导了S变换表达式,提出一种基于S变换脊的自适应窗口傅里叶三维测量法。利用S变换对于频率的敏感性以及S变换脊思想,求得任意点的瞬时频率。推导了在相位跳变剧烈区域相位二阶导φ″(b)对S变换脊的影响,并求得去除此影响后更为准确的瞬时频率。然后将瞬时频率倒数作为经典窗口傅里叶变换(WFT)的窗口大小,解出条纹图的精确相位。最后对去除相位二阶导影响前后基于S脊的WFT进行对比仿真;实验验证其与传统基于小波脊的WFT在抗噪声、解相位精度上的优势。     

点阵绝对相位彩色多频光栅傅里叶变换轮廓术

提出一种将三角法测距与多频光栅相结合的方法,充分利用数字投影的RGB通道,将多频光栅与点阵同时投影在物体表面,综合控制受高度调制的相位信息的提取,最终获取物体的三维形貌。仿真结果显示,在高度跳变使高频光栅位移达102量级个周期时,可以准确还原原始形貌。通过实验验证,本方法能够同时复原169mm的陡峭高度跳变以及3mm的微小细节,提高了传统双频光栅的性能,具有处理较大截断面和保证细节部分的测量能力,较好地改善了傅里叶变换轮廓术(FTP)的应用性能。     

一种改进型Stoilov算法相位测量轮廓术

提出了一种采用主动控制相移量的改进型Stoilov算法,按主动设定的相移量事先设计好五幅完全等相移正弦光栅图,由计算机编程控制数字投影仪依次投影该五幅光栅至待测物体表面,并对应采集五帧变形条纹,用所设定的相移量直接替代Stoilov算法中由变形条纹图解算的相移量,提高了相位提取和三维重构准确度.实验结果表明,平均绝对误差优于0.07,均方差优于0.07.