一种基于背景校正的2+1相移算法

由于投影仪与相机普遍存在的伽马非线性效应,变形条纹图直流项与背景图光强分布并不相等,会引入测量误差.本文在传统2+1相移算法中引入背景校正,以所捕获的背景图光强分布为模板,采用最小二乘原理逼近变形条纹图的直流项,能有效提高测量精度.所提2+1相移算法中两帧相移正弦光栅的相移量不再固定为π/2,可任意,算法更灵活.实验结果验证了该算法的有效性和实用性.     

一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法

提出了一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法。采用三帧具有π2的相移正弦条纹分别编码到红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个颜色通道中,组合成单帧彩色复合光栅,当该彩色复合光栅投影到待测物体上,仅需获取单帧彩色变形条纹并从中分离出相应的具有π2相移的三帧单色相移变形条纹,由于不同颜色通道之间存在颜色串扰以及色度不均衡问题,采用最小二乘法对分离出的三帧单色相移变形条纹直流项进行背景一致性校正,从而获得三帧校正后的单色相移变形条纹,运用所建立的三维重构物理模型,即可恢复物体的三维形貌。实验验证了该方法的可行性和实用性。进一步的实验表明,该方法的测量精度优于传统单帧彩色PMP。因为所提方法仅需一帧彩色复合光栅即可恢复物体的三维形貌,在实时三维测量中具有很好的应用前景。     

基于条纹对比度和背景光校准的正交复合光三维测量方法

提出了一种对条纹对比度和背景光进行校准的正交复合光三维测量方法。从参考平面的复合光栅像中解调获得各帧相移正弦条纹,通过频域滤波的方法获取条纹的零频和基频分量,计算出各帧相移正弦条纹相对第一帧正弦条纹的对比度和背景光比例系数,并以此系数对实物测量时解调出来的各帧变形条纹对比度和背景光进行校准,建立了新的三维测量数学模型。实验证明该方法能降低传统正交复合光三维测量方法中的解相误差,提高系统的测量精度。     

基于双色条纹投影的快速傅里叶变换轮廓术

在实际傅里叶变换轮廓术测量中，获取的条纹图扩展的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响，甚至妨碍正确三维面形的恢复。π相移技术常被用来消除零频分量对测量的影响，但需要在测量系统中安装精密相移装置，并需要采集两帧具有π相位差的条纹图。传统傅里叶变换轮廓术中，完成精密相移需要较长的时间，影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出了采用双色正弦光栅投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响。该方法同传统的π相移方法相比，不需要相移装置，测量系统简单，并且能真正实现高速测量。     

基于SURF算法的在线三维测量方法

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点,实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上,使投影光栅线垂直运动方向,当物体每移动相同的距离,由CCD采集到相应的变形条纹图,从中提出对应的背景光场,借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配,即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图,从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性,并与在线FTP方法进行了比较,所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一,均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.     

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.     

一种可以同步结合时间相位展开的2+1相移算法

传统的2+1相移算法在抑制运动误差方面具有良好的性能.针对在展开传统2+1相移算法的截断相位时常有相位展开错误的问题,提出了一种可同步结合时间相位展开的2+1相移算法.该算法中,在传统2+1相移算法的基础上增加了一帧低频辅助正弦光栅条纹,然后结合希尔伯特变换计算出该低频变形条纹的截断相位,之后利用几何约束法对该截断相位...     

基于复合光栅投影的快速傅里叶变换轮廓术

在实际傅里叶变换轮廓术测量中,获取条纹图的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响,甚至妨碍三维面形的正确重建。π相移技术常被用来消除零频分量对傅里叶变换轮廓术测量的影响,但它需要采集两帧具有π相位差的条纹图。这影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出采用复合光栅投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响,该复合光栅是由两个不同频率的载频分别调制与其方向垂直的两帧具有π相位差的条纹并叠加形成的。实验表明,同传统的π相移方法相比,提出的新方法没有明显降低π相移傅里叶变换轮廓术的的测量精度,因此能真正实现实时高速测量。     

基于单帧采集的相移测量轮廓术

提出了一种基于单帧采集的相移测量轮廓术（Phase Shift Profilometry,PSP）,该方法保留了传统相移测量轮廓术的相移特性和高精度的特点,同时又能在实时测量的时候仅采集单帧变形条纹。在传统的N步相移测量轮廓术中,需要投影N(N>2)帧相移正弦光栅,并采集N帧变形相移条纹,而且随着N值增大测量精度更高。所提方法只需要投影一帧正弦光栅,并采集一帧变形条纹,同时对相移步数的提高可以让测量精度随之变高,而且在静态测量和实时三维测量中都可以保证单帧采集的特征。此外,该方法的数学模型与传统PSP的相比更加简洁,得到的包裹相位仅与物体本身的高度有关,无需对参考平面和被测物体分别进行相位运算和解调。相比于其他单帧测量方法精度更高,有效地避免了对变形条纹频谱直接滤波带来的频谱缺失,或者是其他基于PSP的实时测量的颜色混叠、动态范围受限的问题。仿真和实验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

相移阴影莫尔条纹正交化解调技术

提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图,然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景,进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法,发展了一种相位解调方法,提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考,用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明,相对于典型的三步相移法和主量分析方法,提出的方法测量得到的相位误差最小(0.5rad),且简化了测量过程.     

一种用于在线三维测量的五步非等步相移算法

提出了一种五步非等步相移算法,并成功应用于在线三维测量中。仅投影一固定正弦光栅条纹到物体上,通过物体在线运动产生等效相移,在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图,通过像素匹配使各帧条纹图中的物点一一对应并计算出相应的等效相移量。采用所提出的五步非等步相移算法,即可重构物体。计算机模拟与实验验证了该方法的可行性和有效...     

基于单幅彩色正弦光栅投影的三维形貌测量

提出了一种新的基于单幅彩色正弦光栅投影的三维形貌测量方法.利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红绿蓝(RGB)三个通道合成为一幅彩色条纹图,并由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色变形条纹由彩色电荷耦合器件(CCD)采集并保存在计算机中.对畸变的彩色条纹进行三色分离处理,利用其中的红色条纹分量与蓝色背景相...     

一种采用相位测量轮廓术的工件在线三维检测方法

提出了一种基于相移轮廓术在线检测工件三维信息的方法.利用计算机编程产生的一固定正弦光栅图通过数字投影机投射在流水线的一段区域,无需专门的相移装置,当物体在线移动穿过此区域时,使用计量光栅等距离定位发信,控制CCD采集五帧变形条纹图,并采用具有一定特征的标记实现五帧变形条纹图间的亚像素级像素匹配,提取相移变形条纹图,由Stoilov算法计算,得到工件表面截断相位,展开后可得到物体表面三维信息.实验验证了其可行性.     

一种快速获取物体三维形貌和纹理信息的算法

提出了一种新的快速获取物体三维形貌和纹理信息的方法。利用数字投影仪将2幅彩色编码的正弦相移光栅图投影到被测物体表面,彩色相机捕捉经物体调制后的变形条纹图。提取RGB三基色,可获得包含物体高度信息及纹理信息的条纹图和背景光。对包含物体高度信息的条纹图用改进的2+1相移算法重构物体的三维形貌。物体纹理信息则通过对背景光进行彩色编码获得,利用纹理映射技术恢复物体纹理。计算机模拟和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

二帧变换光源阴影莫尔技术研究

为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明,该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法,同时,由于消除了测量过程中必要的机械运动,只需要二帧条纹图进行相位解调,节约了测量时间.     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术

为了实现高速旋转工件的在线三维面形检测,提出一种高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术(PMP)三维测量方法。利用圆形正弦光栅替代线形正弦光栅,采用高密度二元编码光栅替代灰度编码光栅,设计专用频闪同步控制单元同时触发投影系统频闪投射相移光栅和图像采集单元同步获取图像,获得物体在同一"冻结"位置下的相移变形条纹后,采用静态PMP相移算法重建物体的三维面形信息。实验结果表明,该方法具备可行性和实用性,可有效避免工件离线检测时多次装夹不一致引入的加工误差,能够提高工件的检测效率和加工效率,可用于其他高速旋转物体的三维面形重建。     

相移光纤光栅耦合系数控制

为了通过遮挡法实现不同耦合系数π相移光纤光栅制作,分析了刻制过程中的相移形成原理,提出通过调整遮挡区长度和π相移周期次数控制π相移光纤光栅耦合系数的方法.采用传输矩阵法对刻制相移光纤光栅过程中的透射谱变化进行仿真计算,分析了不同光栅条纹可见度下遮挡区长度对相移光纤光栅透射谱的影响.基于不同遮挡区长度进行了相移光纤光栅制作实验,结果表明:通过调整遮挡区长度和π相移出现次数能够实现对相移光纤光栅耦合系数的有效控制.     

基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术

双N步相移轮廓术虽然可以大大降低由于光栅条纹的非正弦性所导致的相位误差,但增加了一倍的投影条纹数量,降低了测量效率。针对此问题,本文提出一种基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术,它将原相移条纹和附加相移条纹编码成双色条纹,融合到一幅彩色光栅条纹中投影,然后从采集的彩色条纹中提取两套条纹的相位信息,分别解包裹相位后,融合两包裹相位以减小相位误差。为验证所提方法的有效性,将该方法与两种典型的相位展开算法结合进行实验。实验结果证明,所提方法能有效降低相位误差,且不需要增加任何额外的光栅条纹,测量效率提高了46%。     

利用强度调制消除零频的傅里叶变换轮廓测量

采用双色正弦条纹投影的傅里叶变换轮廓术中零频分量的扩展对有用基频分量有影响,为此提出一种新型的基于强度调制的零频消除方法提高测量准确度和范围.通过采集一帧变形彩色条纹图并分离颜色通道获得两幅相位差为π的条纹图,对变形条纹做强度调制校正,进而消除零频分量,实现高度解析.理论模拟和实验测试均验证了此方法的有效性.相比传统的相移消除零频分量的方法,此方法具有显著的速度优势,适合于三维物体的实时测量.