利用频闪结构光测量旋转叶片的三维面形

在对快速甚至高速运动物体进行研究时,需要对运动物体各个时刻的三维面形和形变量进行数字化描述。提出了一种利用频闪光作为结构照明光源,基于傅里叶变换轮廓术对旋转叶片每个时刻的三维面形和变形量进行动态测量的光学方法。使用自行设计的同步控制单元对风扇叶片旋转位置进行检测,用该检测信号同步驱动频闪结构光源的发光和图像采集系统“冻结”记录下旋转叶片表面变形条纹的瞬时图像,再运用傅里叶变换轮廓术计算出每一瞬间时刻旋转叶片的三维面形,分析这些三维面形数字化结果可以进一步得到旋转叶片的变形量。通过对家用电风扇的实验,验证了该方法的合理性和可行性。该方法可望在高速运动物体的面形和变形研究上有广泛运用。     

基于傅里叶变换轮廓术方法的复杂物体三维面形测量

提出一种在数字加权滤波和调制度分析基础上形成可靠性控制模板，并按可靠度排序进行位相展开的新方法，该法用于傅里叶变换轮廓术中，可以兼顾所求位相精度和位相展开的可靠度，适合复杂物体面形的测量，给出了傅里叶变换轮廓术对复杂物体面形测量的应用实例。     

基于波长分离的结构光采集系统

彩色结构光系统利用彩色投影机与摄像机中的三个颜色通道,同时投影和采集三幅条纹图像,拍摄一次即可实现形貌测量,但其无法测量彩色物体,通道间的串扰也降低了精度。提出了一种新的系统,利用三个摄像机采集三个通道,并利用严格设计的分色棱镜和滤光片,消除了彩色结构光系统中常见的波长通道间的颜色串扰。基于三步位移法,分析了拍摄两次图像获得彩色物体形貌的过程,并针对该系统提出了校正方法。利用上述方法,拍摄两次即可得到彩色的物体形貌。     

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。     

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。     

调制度测量轮廓术的系统标定

调制度测量轮廓术是一种采用垂直测量方式的三维面形测量方法,可以测量表面有剧烈变化区域的复杂物体。提出了一种基于调制度测量轮廓术测量系统的标定方法,其纵向标定是利用几个相互平行的标定平面建立与CCD像面各像素点对应的测量高度与实际高度之间的映射关系,并利用映射关系确定每一像素点对应的映射关系系数,然后建立映射关系系数查找表,存人测量系统中,完成纵向标定。首先分析了测量系统的误差来源,然后给出了标定方法和标定过程,最后给出了实测结果。结果表明,利用提出的系统标定方法可以有效消除调制度测量轮廓术测量系统误差,显著地提高了系统测量精度。     

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。     

基于调制度测量的三维轮廓术

介绍了基于调制度测量的三维轮廓术的测量方法的原理和过程,并给出了实物测量。结果证明它在原理上是正确的、可行的、。此方法对三维轮廓术、三维传感及机器视觉的应用具有重要意义。     

数字微镜器件的时空特性对相位测量轮廓术的影响

数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件,可广泛的用于大屏幕投影显示。实际上,数字微镜器件作为一种新型的空间光调制器,在光学信息处理和结构照明型三维传感中也具有广泛的应用前景。介绍了数字微镜器件和数字光处理器的基本原理,分析了数字微镜器件的时间空间特性,用计算机模拟了这种时空特性对相位测量轮廓术的影响。结果表明,数字微镜器件(DMD)可为投影系统在结构照明型光学三维传感中的应用提供指导。     

一种分析薄膜振动模式的结构光条纹时间平均法

提出了一种用于振动物体表面快速测量的光学测试系统和方法。该系统采用结构光三维传感技术,利用时间平均法来实现对振动表面的测量和振动模式分析。用低帧频商用CCD相机记录由光栅投影到振动物体表面上形成的一系列变形正弦条纹,对获取的一帧变形条纹经过二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换等处理得到调制物体振幅的零级贝塞尔函数分布。给出了该方法的理论分析,推导了相应的计算公式。计算机模拟和实验验证了该方法的可行性。实验证明,该方法具有数据获取速度快,全场非接触测量以及实验装置简单等优点。     

Computer Simulation of a 3-D Sensing System with Structured Illumination

A computer simulation system of three-dimensional sensing with structured illumination is presented. It includes the generation of deformed fringe patterns from 3-D shapes and the reconstruction of 3-D shapes, conversely. Some experimental results of the deformed fringe pattern and the reconstructed object shapes are presented. We have also discussed the effect of some major system parameters on the measurement results and considered how to correct these parameters according to the measurement result of the standard plane. Using this simulation system, the major system parameters: environmental conditions, measurement accuracy and algorithm evaluation of the 3-D shape measurement system based on PMP, FTP, SPM, etc., can be researched. © 1997 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

基于互补型光栅编码的相位展开

为了解决在运用相移技术和二元光栅编码结构光进行相位展丌时存在的误码问题,提出了一种新的互补型二元光栅编码.通过多投一幅格雷码图案,并利用格雷码相邻码字之间Hamming距离为1的特点,没计出互补的两种编解码方式.利用两种编码出现误码位置的不同,并结合相移技术解决了去包裹过程中的误码问题.论述了互补型二元光栅编码的设计方法及特点,并详细分析了基于互补型二元光栅编码的相位展开过程.计算机模拟和三维重建实验清楚地表明,提出的互补型光栅编码能很好地解决了误码问题且具有很高的可靠性.     

结构光周期图案的统一解码方法

针对结构光解码问题,在传统相位测量轮廓术（PMP）理论的基础上,提出一种结构光周期图案的统一解码方法。通过把经典PMP的相位计算公式运用到任何周期波图案中,比如三角波、锯齿波、方波图案等,通过多频时间相位展开算法实现了对包含高频率的图案的相位展开。实验结果表明,提出的方法达到了相对高的精度,验证了此方法的有效性。     

细胞自动机位相展开算法用于三维传感

研究了细胞自动机算法用于复杂面形三维传感问题。提出采用调制度分析的方法构造二元控制模板，以确保细胞自动机算法能展开复杂位相场。给出了采用这种方法对口腔牙型测量的结果。     

大视场光学系统像面照度均匀性优化

为提高大视场光学系统像面照度的均匀性,从理论上分析了光学系统像面照度的影响因素,提出使用中心遮拦产生的轴外斜光束截面积与轴上光束截面积之比对像面照度进行优化的思路。以理想系统建立数学模型,得到了中心圆形遮拦影响下不同视场角光束截面积比值的变化规律,并分析了遮拦对调制传递函数(MTF)的影响。进一步提出采用Zemax与Matlab软件动态数据交换(DDE)进行像面照度自动计算优化的方法。以某焦距56mm,相对孔径=1/5.6,视场角2ω=80°的航测镜头为例进行了优化,通过在光学系统第5表面上增加半径为4.384mm的中心遮拦,像面照度的不均匀性由优化前的22.3%降低至3.5%,均匀性明显改善。在优化实例中讨论了MTF曲线的变化,指出采用中心遮拦后的传函指标仍满足CCD探测器成像使用要求。     

基于无约束系统的结构光三维测量方法

针对传统结构光系统进行三维测量时,要求满足双瞳平行于参考平面和摄像机光轴垂、直于参考平面这两个强约束条件,建立了新的系统结构,去除了平行和垂直的约束,摄像机和投影仪位置可自由摆放.基于该无约束系统结构,提出了一种新的系统标定方法,通过重建"投影仪摄像机参考平面"三者的空间关系,可以简便而精确地获取传统"高度相位"公式中参量:双瞳的距离和摄像机到参考平面距离;同时,推导了无约束系统结构下新的物相关系方程和高度计算公式.实物测量结果证明,基于无约束系统的结构光三维测量方法可操作性强,测量精度可达0.1 mm.