基于隔行扫描奇偶场图像的动态物体三维面形测量

存基于傅里叶变换轮廓术(FTP)的动态物体三维面形测量中,选用隔行扫描CCD相机记录动态图像,由于其一帧中两场图像时间上的分离性,导致帧图像错位模糊,使测量误差增大甚至产生错误.针对这一问题,提出利用隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,各自直接利用FTP重建物体面形的新方法.理论分析得出单场图像与准确的满帧图像重建物体三维面形是完全相同的结论;仿真及实验结果都表明该方法的有效性.该方法既保持了原有准确帧图像的重建精度,又使整个测量系统的时间分辨率提高了1倍;实现简单快捷.     

窗口傅里叶变换的三维面形测量

由于窗口傅里叶变换具布局部分析特性,且局部谱比全局的谱更简单、更不容易频谱混叠。本文提出在基于频谱分析的三维面形测量中,用窗口傅里叶变换（WFT）代替传统的快速傅里叶变换（FFT）去获取三维物体面形分布。理论分析和实验结果表明：窗口傅里叶变换不但可以减小频谱混叠对测量精度的影响,并且若在窗口傅里叶变换的处理过程中,设置合理的“门限”,还能够有效的抑制噪声。从而在一定程度上保证了基于频谱分析的三维面形测量的精度。     

三维面形测量中小波变换和傅里叶变换的对比研究

傅里叶变换轮廓术（Fourier transform profilometry,简称FTP）进行三维面形测量时,若无频谱混叠,可以得到很好的测量效果。但由于FTP是全局变换,频域内丢失了空间信息。当被测物体形状复杂或被噪声严重污染时,频域中频谱分布展宽,可能发生频谱混叠,导致基频分量提取不完整,从而不能正确地恢复出被测物体。本文利用小波具有的局部分析能力和噪声抑制能力,采用小波变换的方法（Continuous Wavelet Transform,简称CWT）从混叠条纹和噪声条纹中提取出完整的基频分量。我们采用Morlet复小波函数对变形光栅条纹进行处理,详细研究了CWT和FTP两种方法在不同情况下的优缺点,并通过计算机模拟和实验证实理论分析的正确性。     

双摄像机傅里叶变换轮廓术的数据融合

在三维面形拼接应用当中,对拼接区域内面形数据以一定的权重进行加权平均是最常用的方法,通常的算法是以拼接边界到中心线的距离为权重,这样可以对拼接区域内各点实现平滑过渡,但在拼接区域的边界存在一定的局限性。本文将一种正弦函数形式的图像镶嵌算法引入到三维面形测量的数据融合中,很好地实现了整个拼接区域的平滑过渡。该方法运算量小...     

提高傅里叶变换轮廓术测量精度的新方法

在傅里叶变换轮廓术 (FTP)测量方法中 ,成像装置获取受到物体高度调制后的变形结构光场 ,通过傅里叶变换 ,滤波和逆傅里叶变换恢复出物体高度分布。频谱滤波是FTP中很重要的一个过程 ,也是影响FTP测量精度的一个重要因素。通常滤波是手工选择合适的滤波函数和滤波窗口大小 ,窗口太小 ,表示物体细节的高频信息将丢失 ;窗口太大 ,无法消除噪声。本文提出一种新的滤波方法 ,无需手工选择滤波函数 ,可以很好地保留物体高频信息并消除随机噪声 ,从而提高FTP的测量精度。计算机模拟和实验证实了所提方法的有效性     

利用动态散斑确定光学系统的傅里叶变换面位置

本文通过推导光学系统的物的傅里叶变换面位置，得出光源的成像面为物的傅里叶变换面，并提出了精确定位的具体方法。     

2维载频条纹傅里叶变换轮廓术

为了在3维形貌测量中解决非连续物体所存在的非连续相位解包问题并提高测量精度,提出采用2维网格光栅作为空间载频条纹的傅里叶变换轮廓术。首先应用2维傅里叶变换对2维光栅条纹图像进行频谱分析;然后设计带通滤波器分离出两个1维变形光栅条纹,在1幅变形网格光栅条纹得到两个1维光栅各自所对应的包裹相位分布;最后应用查表法进行解包得到确定的调制相位分布,给出了详细的理论推导和实验结果。结果表明,采用2维网格光栅+查表相位解包法很好地解决了1维单一频率光栅条纹的低测量精度、1维双频光栅的频率混叠以及3维测量中高度不连续所存在相位解包问题,该方法是可行的。     

基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法

为了进行3维物体全息图的快速运算,在迭代傅里叶变换算法基础上,通过分析透镜的傅里叶变换性质,采用编码球面相位因子的方法,将全息图平行光再现等效为点光源再现。将球面相位因子加入到迭代运算中,获得了具有深度特征的3维物体全息图;同时利用球面相位因子查表运算法简化了相位因子的计算,提高了算法的迭代速度,并基于空间光调制器进行了3维物体的再现实验。结果表明,该算法具有良好的收敛特性,计算的全息图能够在不同距离的像面实现对应层面的物场再现,具有3维的视觉效果。     

基于FTP的二维傅里叶变换的研究

傅里叶变换轮廓术(FTP)是三维物体形貌测量的重要方法,一维傅里叶变换可用于一般曲面相位解调,但对高频干扰和低频背景噪声敏感.连续应用一维傅里叶变换或反傅里叶变换可实现二维傅里叶变换,采用二维傅里叶变换,进行二维频谱分析,可用来分离和提取有用三维信息.具体实验验证表明,二维傅里叶变换能消除沿非栅线方向造成的灰度变化以及高频噪声,减小计算结果沿Y方向的波动,更好反映三维物体细节信息,提高相位解调的精度.     

基于单帧图像的物体面内位移和速度测量

为了实现单帧图像检测物体两个运动状态的目的 ,提出了一种利用隔行扫描摄像机采集单帧图像 测量物体在远动平面内的位移和速度的新方法。隔行扫描方式的摄像机采集在平面内运动物 体的一帧图像, 是由相隔一个场周期时间采集的奇场和偶场图像组成,每个单场图像经过傅里叶变换去隔行 算法处理,获 得与单场对应的帧图像质量相当的去隔行图像。根据物体与背景对光的反射率不同,提取物 体的轮廓获得 二值化模板,计算质心获得亚像素的定位精度,通过标定获得匹配点的空间坐标,进而计算 在一个场周期 时间内的位移和平均速度。对面内匀速运动物体的实验中,被测速度的最大绝度误差为0.35mm/s,相对误 差为0.78%。实验结果证明本文方法的有效性。     

动态过程中破裂表面的三维重建

在冲击、爆轰等动态过程的研究中,被测三维表面将发生破裂及碎片飞散等过程,为动态过程的三维重建带来困难。针对此问题提出了一种动态过程中破裂表面的三维重建方法,这种方法以傅里叶变换轮廓术为基础,利用条纹图中裂缝的信息,生成一个三维二元控制模板,在该模板的控制下进行三维相位展开。以玻璃破裂过程的三维重建实验为例,处理结果证实了该方法的可行性。该方法可用于材料变形、爆轰过程、碰撞变形等相关领域的动态过程研究,对于深入分析冲击与爆轰过程、材料变形与破坏机理、碎片飞散规律等具有重要意义。     

提高窗口傅立叶变换精度的方法

由于CCD采集的变形条纹图是空域有限的,在对其作窗口傅立叶变换处理时,高斯窗在图像边缘的不完整会产生测量误差。针对这种情况,提出了采用Gerchberg迭代法对条纹进行外插延拓,扩展窗口傅立叶变换处理的有效区域范围,进而改善窗口傅立叶变换的测量精度。     

基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法

为了克服光学三维传感中相位恢复困难的问题,提出了一种基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法.这种方法的特点之一是使得垂直于条纹方向特定长度的颜色序列是唯一的,从而建立了空间位置与颜色的对应关系.特点之二是相邻条纹之间具有最大色差,因而具有最大可区分性.将得到的彩色组合条纹投影到物体表面得到变形条纹,通过计算各种颜色条纹相对参考平面上条纹移动的距离,可以恢复出物体的高度.实验证明,该方法需要获取的图像少、计算时间少、精度较高,具有很强的抗干扰能力.     

颜色编码正弦条纹实现孤立动态物体3维测量

采用常规条纹投影与相位分析方法,对动态物体,尤其是空间存在孤立区域、分布不连续的动态物体进行3维面形测量时,很难得到可靠的展开相位。为了解决这一问题,提出一种用颜色编码正弦条纹光栅投影测量的新方法。该方法使用二级编码的颜色信息来标记待投影的正弦条纹,从另一角度拍摄记录带有颜色信息的变形条纹图,根据编码特征进行解码获取颜色级次来确定条纹级次,并指导截断相位的展开,重建空间孤立动态物体的3维面形数据。结果表明,该算法的编码稳定、解码方式可靠,只需要拍摄1幅图就可以较好地重建空间孤立物体的3维面形。     

一种改进的单帧变形条纹在线三维测量方法

分析了单帧相位测量轮廓术(PMP,phase measuring profilometry)中影响测量精度的因素,提出了基于改进的Stoilov等步算法的在线三维测量方法,从而避免了CCD采图过程中由于抽样、量化以及取整造成的条纹周期部分缺失对满周期等相移算法的影响。较等相移满周期算法,Stoilov等步算法具有只需相移步长相等、相移步数与相移量乘积无需2π整数倍的优点,降低了对子图相移量的要求,提高了基于单帧图像的条纹投影轮廓术用于在线检测的精度。计算机模拟和实验均验证了本文方法较等相移满周期算法精度提高了3～5倍。     

基于图像拼接和双频投影栅线法的三维形貌测量

为解决采用光栅投影式三维轮廓术测量物体三维形貌时,出现的条纹图样的不连续性,利用计算机编程,生成由两种不同频率合成的复合光栅,将它投影到被测物体上,并将被测物体放在精密的旋转平台上,通过二次成像后对两幅图像进行图像拼接,得到清晰的被光栅调制的物体图像,再对图像进行傅里叶变换,然后采用滤波器滤出相应的高频和低频成分,利用低频光栅的相位差辅助解出高频光栅的真实相位差,从而实现物体的三维形貌重建.结果表明,本方法简单、精度高,可以成功解决有突变面形和投影时具有阴影的物体的三维形貌测量问题.     

基于双时域傅里叶变换的相位测量算法

提出了一种双时域傅里叶变换相位提取算法。通过把一段具有两个干涉周期的时域光强信号分成多段一个周期的子段,通过两次使用傅里叶变换把相移器引入的相移频率和其他干扰频率分离出来,模拟和实验结果都证明了该算法在不提高系统复杂性和大幅度减少数据获取量的前提下显著提高了系统抗干扰能力,该方法从采集到待测物体相位的提取,完全无须人工干预,有利于实现自动化。