超大尺度线结构光传感器内外参数同时标定

为实现大型自由曲面工件的高精度快速三维测量,设计了一种由超大尺度结构光传感器和两轴导轨构成的三维测量系统。结构光传感器在两轴导轨的带动下获取图像,通过计算得到目标工件的三维坐标。为了将二维图像坐标转换到三维相机坐标,提出一种线结构光传感器内外参数同时标定的方法。该方法使用准一维靶标进行标定,通过获取运动机构平移过程中靶标与激光光条的图像,计算得到线结构光传感器内外参数。实验结果表明,该标定结果可靠,系统的测量误差在0.6mm以内,满足设计需求。标定过程操作简便,靶标制作简单,适合于工业现场标定使用。     

大尺寸薄壳物体表面的三维光学自动检测

报道一种大型薄壳物体的智能光学三维测量以及自动在线检测方法,利用三节点光学测量传感器网络实现了大型薄壳物体内外表面数据的三维重建、特征尺寸获取及计算机辅助设计(CAD)模型的比对.提出一种有效的三维多节点传感器测量网络的系统标定方法,可同时完成整体测量系统在大尺度测量空间的现场标定以及各个三维节点测量传感器的标定.提出...     

微尺度三维变形测量的显微数字图像相关系统

基于体式显微镜和数字图像相关法,提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定,提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型,该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像,来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系,并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配,并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明,标定结果的平均重投影误差为0.03pixel,位移测量精度优于0.2μm,应变测量误差的标准差不超过100με。同时,实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。     

平顶线结构光的中心检测算法及光刀平面标定

针对传统线结构光光刀平面标定方法测量精度不高,应用范围小的问题,提出基于平面标靶的线结构光系统光刀平面标定,对无激光的标靶图片进行迭代摄像机标定,有激光的标靶图片进行光刀平面标定.提出光强符合均匀分布的平顶激光检测中心算法,将平顶激光建模为矩形的台阶函数,估计背景亮度和前景亮度,确定亮条纹宽度,再将窗口内的有效像素参与重心计算,得到光条纹中心.用该算法对不同噪声及不同量块的图片进行处理,结果表明,处理后图像的均方根误差分别在0.149pixel和0.176pixel内,表明该算法抗噪声能力强、精度高.用该算法提取光条中心,计算光条在标靶上的位置,根据至少两个姿态下的光条中心三维点,基于最小二乘法拟合光刀平面.通过迭代摄像机标定和光刀平面标定,利用三角测量法,在立体视觉模型下获取物体的三维点云数据.实验测量两个距离为100.5mm的标准球,相机与标准球距离为500mm,比较两球心距离与标准距离,测得平均误差为0.236mm.表明平顶激光检测中心算法切实可行,光刀平面标定方法基本满足要求.     

一种新的三维轮廓测量方法

提出了一种实用,高效的光电式三维轮廓测量方法.该方法基于激光三角法的基本原理,采用低通滤波与变阈值重心法相结合来提取光刀中心,不但速度快,而且有效地消除了噪音的影响,实现了光刀中心的精确定位.最后又推导出物像之间的线性关系,解决了系统定标问题,实现了物体轮廓的高效、低成本测量.     

光栅投影式三维肖像测量的关键技术

提出了一种在光栅投影式三维肖像测量系统中光栅投影平面的标定方法,讨论了该方法在应用中需要注意的问题。根据光栅投影式测量系统所获取的三维点群的特点,提出了基于线状分布的对三维测量点群进行曲面重建的方法,在对人物肖像的拟合应用中,既可确保所生成的三角形片形状良好,又可避免三维点的遗漏、曲面裂缝或形成孔洞,生成的三角片所逼近的人物肖像具有很好的连续性和光顺性。     

基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法

原位测量是提高光学自由曲面面形精度的重要手段,对于提高加工效率、实现加工过程自动化具有重要意义。由于面形的复杂性,光学自由曲面原位测量一直是超精密测量领域的难题。提出了一种基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法,测量系统由LVDT气浮式传感器、红宝石探针和数据采集部件组成,采用螺旋线方式进行加工及测量路径的设计,通过运动控制接口实现机床坐标和测量数据的实时同步采集,快速精确地获取测量数据。实验结果表明,所加工的双正弦自由曲面的面形误差在±0.5μm范围内。     

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。     

基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术

提出了一种基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术。利用基于条纹投影的平面标定技术,建立了测量范围内的相位-高度映射表;采用高精度相移技术和三频时间相位展开方法,获得了自由曲面的水平和垂直相位分布信息;利用反向条纹投影技术建立了投影仪像素与相机像素间的几何及强度传递关系。利用该显示技术可在曲面上投影基于其高度信息的预期编码图像,实现高度信息的可编辑投影和三维显示。给出了在自由曲面上投影等高线和伪彩色编码、冰川雪线变化的动态过程及仿真实体添加等实例。     

光切成型石墨电极三维模面测量技术的研究

基于光切法三角测量原理,提出一种实现成型石墨电极三维模面的扫描测量方案.文中讨论了光切法三维测量原理及系统组成,并提出了一种基于均匀点阵的虚拟网格标定技术,最后给出了奥迪车门模型石墨电极模面的实际测量结果.通过对测量结果的分析表明此方案简易可行.     

一种解决光刀断线问题的新方法

用光切法测量物体的三维形貌 ,由于其原理简单、速度快、精度高等特点 ,所以得以广泛应用。针对光切法中一直存在的光刀断线问题进行了讨论 ,并提出采用自适应阈值的光刀中心提取法与一维、二维光刀数据修补技术相结合来解决此问题 ,可同时消除噪声的影响。实验证明 :采用此方法可以取得很好的效果。     

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     

基于扫描白光干涉法的表面三维轮廓仪

在强调表面三维形貌测量重要性的基础上 ,介绍了利用扫描白光干涉法测量表面三维微观形貌的原理及三维轮廓仪测量系统的构成。通过给出的几个测量实例 ,反映了该三维轮廓仪的主要特点 ,适合于大范围、高精度、阶梯面的测量。最后分析了影响其测量精度的主要因素。     

用触针下分布电阻的光电导相位法测量半导体中非平衡载流子寿命

本文提出一种测量半导体中非平衡载流子寿命的新方法。这方法是测量触针下分布电阻的光电导相位移,在不同的表面情况和不同的激发光光谱成分下,导得各种结果表达式,文中对通常所使用的测量条件即粗磨表面和长波激发条件给出数值计算的结果。同时,对这些结果进行较为详细的分析和讨论,这个方法具有一系列的优点。例如:1)可以在锭状晶体上测量;2)表面处理十分简单;3)在样品上不需制作固定电极;4)测量仪器简单,操作方便;5)有一定准确度。这个方法可以检验不均匀材料,可供科研机关作研究用,更适合于工厂检验单晶材料用。用这方法在锗和硅样品上进行测量,测得寿命值基本上与其它方法的结果一致。     

多信息输出位移传感器

本文提出一种用于空间自由曲面测量的多信息输出位移传感器.该传感器结构简单,传感器的输出量与被测量成线性关系,不但能给出位移信息、倾斜角度,还能给出测量光的强弱信息.     

3D surface topography from the specular lobe of scattered light

Scattered light from a surface contains a huge amount of information including surface slope, roughness, pattern, texture, etc. In this paper, the relationship between the intensity distribution of scattered light from a surface and the 3D surface topography will be investigated. From the geometrical point of view the intensity distribution of scattered light from a surface may be modelled with three components, the specular spike, specular lobe and diffuse lobe. In the situation when light is scattered from a relatively smooth surface whose roughness is much larger than the wavelength of the incident light, the scattered light intensity distribution will consist of only a diffuse lobe and a specular lobe, which are well described by a combination of the Lambertian and Torrance–Sparrow geometrical models. Based on the light scattering phenomenon, in this paper a scanning method capable of measuring the 3D surface topography with 500 mm scanning width, high scanning speed, and micron resolution is presented. The 3D topography measurement is implemented by using a linear photodiode array to measure scattered light intensity distribution at different angles against the surface normal. Then the specular lobe of the scattered light will be extracted at each scanning point to calculate the surface normal distribution. Sequentially, the 3D surface topography is obtained by using gradient integration techniques.     

双探头三维表面轮廓测量系统

提出了一种将原子力显微(AFM)探头与位置敏感探测器测距探头相结合的双探头三维表面轮廓测量新方法, 可在获取样品表面轮廓的同时, 测定样品局部形貌。搭建了双探头三维表面轮廓测量系统, 阐述了系统的工作原理, 并对其结构组成包括双探头、步进扫描台和计算机控制平台进行了说明。用2000 line/mm的光栅进行了扫描实验, 对系统的测量范围进行了标定。以外径8 mm、内径4 mm的金属垫圈为样品, 进行了整体三维表面轮廓与局部表面形貌测量实验, 给出了垫圈表面图和局部三维形貌图。结果表明, 该系统能满足不同尺寸和材质的样品的测量要求, 即可实现对样品轮廓的大范围扫描测量, 又可对样品局部进行高精度形貌测量。     

3D imager using dual color-balanced lights

A novel method for grabbing 3D shape of an object is proposed. It uses a pair of color-coded light sources to create a 3D-coordinated illumination space. The intensities of two modulation colors are complementally balanced, which makes the sum of the intensities of the colors a constant. This method demonstrates the abilities of uniquely representing any point in the 3D-coordinated illumination space, reducing the measuring problems in blind area, and compensating the effect caused by changes of surface color and reflection. In addition, this method has the ability of acquiring the 3D shape information in parallel and the algorithm is fairly simple, so the 3D imaging speed is basically restricted by the frame rate of the color CCD camera.