一种适合在线三维检测的改进算法

引入Stoilov算法以让传统相位测量轮廓术(PMP)应用于在线三维检测,但该算法的计算式中含有开方和除法运算,对投射数字光场,CCD摄像头的数字化非线件误差以及环境光干扰较为敏感,会出现较大的解相误差.为此,提出了一种适合在线三维检测的改进型Stoilov算法,通过像素匹配方法标定移动步距S和基于标准PMP的截断相位解相标定条纹周期长度L,再标定出楣移量△,即可修正sin△值,有效减小了原Stoilov算法公式的解相误差,提高了在线检测精度.为验证该方法的可行性和有效性,进行了实物测试实验.实验表明,在在线三维测量中,采用原始Stoilov算法重构的三维物体出现明显的失真,而采用改进的Stoilov算法重构的三维物体具有很好的保真度.     

条纹投影动态三维表面成像技术综述

对条纹投影动态三维表面成像技术进行了总结,分析了典型方案的特点。首先介绍了该技术的基本原理,包括系统基本结构、三维表面成像原理及相移法和傅立叶变换法这两种典型的相位提取方法。接着介绍了动态成像方案,包括高速投影方案和采用速度相对低的相机进行动态三维表面成像的方案。然后介绍了动态三维成像中绝对相位获取方法,主要是模拟和数字编码法及区域统计特性编码法。最后介绍了高精度动态相位测量方案。     

一种主动修正投影光栅提高在线三维测量精度的方法

提出一种发散照明中主动修正投影光栅周期的方法。基于Stoilov算法的相位测量轮廓术(PMP)在线三维(3D)测量技术采用发散照明时,参考平面光栅像周期发生变化,会变成不等周期分布,从而降低在线测量精度。针对这一问题提出了一种主动修正投影光栅周期的方法,利用静态PMP分析参考平面截断相位分布,采用迭代算法逐步修正投影光栅的周期,使投影到参考面的光栅像具有良好的等周期性分布;同时避免对系统参数进行测量和计算的繁杂工作。实验验证了该方法的正确性,能有效提高在线3D测量的适应度和测量精度。     

改进格雷码条纹投影三维测量方法

传统的格雷码加相移法已经广泛应用于三维测量,但是相位解包裹一般需要投影多幅格雷码条纹,如何实现快速、准确的三维测量仍具有一定挑战性。提出了一种基于几何约束的改进格雷码条纹投影三维测量方法,可以有效减少格雷码条纹的数量。为了实现高速条纹投影,使用二值抖动技术将8位正弦相移条纹转换为1位二值图像。总共使用六幅条纹图像,其中三幅相移条纹用于计算截断相位,三幅格雷码条纹用于对截断相位进行初步展开获得伪展开相位,最后利用几何约束对伪展开相位进行解包裹获得绝对相位。实验结果表明,所提方法可以有效地重建被测物体的三维形貌。     

3D形貌测量中一种基于主成分分析的单帧投影栅算法

将主成分分析(PCA)引入投影栅形貌测量中,提出 了一种基于PCA的单帧投影栅算法。由计算机生成正弦条纹图,利用DLP投影仪投影到 被测物体表面,由CCD相机采集受物体 形貌调制的畸变条纹图并保存在计算机中进行处理。首先由采集的变形条纹图构成5帧 空域相移图;然后将多帧相移条纹图分解成不相关的主成分,由第1和第2主成分利用反正 切函数计算得到变形条纹相位信息;最后根据条纹相位的单调性,采用聚类分析法确定相位 全局符号。实验结果表明,本文算法无需确定相移量就可直接解调出与物体形貌对应的相位 数据,运算速度快,测量精度高,适用于在线三维形貌测量。     

改进的阶梯相位去包裹算法研究

为减少投影条纹数量,提高测量速度,提出了一种 改进的阶梯相位去包裹算法。算法 采用彩色条纹投影测量物体三维形貌,将正弦和阶梯相位条纹分别输入彩色图像的红 色和蓝色通道构成彩色条纹,由DLP投影仪将四步相移彩色条纹投影到待测物体上,由彩色 CCD相机采集。利用颜色分离技术得到2组四步相移条纹图,其中一组为4幅正弦条纹,由四 步相移法求得正弦条纹包裹相位,另一组4幅阶梯相位编码条纹图,由与正弦条纹周期一致 的阶梯相位构成,经阶梯相位解码确定条纹级次,利用自校正算法去除条纹级次噪点后,实 现相位去包裹。进行了实际测量,结果表明,本方法 测量精度与采用四步相移法相当,但只需4幅条纹图,有效减少了投影和采集的条纹数量, 提高了测量速度。     

一种改进的消零频傅里叶变换轮廓术

为提高傅里叶变换轮廓术(FTP)的测量精度和范围,提出了一种改进的消零频FTP。将两幅随机相移正弦条纹通过DLP投影仪投射到待测物体上,由CCD相机采集受物体形貌调制的变形光栅条纹图,将采集的两幅条纹图相减得到无零频的条纹差图。对条纹差图进行快速傅里叶变换(FFT)后,通过简易滤波器提取基频成分,将其与彩色条纹或复合光栅投影相结合,可实现单次投影。理论和实验证明了本方法的可行性。     

一种改进的两步时域相位去包裹算法

针对时域相位去包裹方法在三维形貌测量时存在采 集图像幅数多、数据量大和处理时间长等问题,提出了一种改进的两步时域相位去包裹算 法。首 先,增加中间灵敏度投影条纹,将不同灵敏度光栅条纹投射到待测物体表面,由CCD相机采 集;再通过不同灵敏度级联,得到最 终灵敏度系数G值较大的去包裹相位数据。推导了两步时域相位去包裹算法 的初始相位条件。并进行了实际测量。结果表明,本文方法可实现高灵敏度三维形貌测量, 测量结果精度更高。     

多阶段深度学习单帧条纹投影三维测量方法

深度学习的应用简化了数字条纹投影三维测量的过程,在传统数字条纹投影三维测量技术条纹投影、相位计算、相位展开、相位深度映射的流程中,研究者们已经成功证明了前三个环节以及整个流程结合深度神经网络的可行性。基于深度学习,PDNet (Phase to Depth Network)神经网络模型被提出,用于绝对相位到深度的映射。结合多阶段深度学习单帧条纹投影三维测量方法,通过分阶段学习方式依次获得物体的绝对相位与深度信息。实验结果表明,PDNet能较准确地测量出物体的深度信息,深度学习应用于相位深度映射步骤具有可行性。并且,相较于直接从条纹图像到三维形貌的单阶段深度学习单帧条纹投影三维测量方法,多阶段深度学习单帧条纹投影三维测量方法可以明显提升测量精度,仅需单帧条纹图像输入即可获得毫米级测量精度,且能适应具有复杂形貌物体的三维测量。     

基于傅里叶变换去隔行图像的动态3维面形测量

为了解决动态面形测量中隔行扫描CCD相机记录动态物体表面变形条纹图像存在缺陷的问题,提出了傅里叶变换去隔行算法,即把隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,分别对每一单场图像进行傅里叶变换去隔行处理,再利用条纹分析法重建对应时刻的3维面形。理论分析得出单场傅里叶变换去隔行图像与对应的准确满帧图像相同的结论。结果表明,该方法可以很好地恢复条纹和重建物体,且简单实用,可用于基于空间相位检测、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等条纹分析方法的动态物体3维测量中。     

一种抑制相位测量轮廓术数字化误差的方法

在采用数字光投影仪(DLP)的相位测量轮廓术(PMP)系统中,DLP投射的光栅信号实质上是对正弦模拟光栅信号的数字化,数字化过程不可避免地影响PMP的精度,本文提出一种通过连续相移多周期的相位测量来抑制数字化过程引起的误差的新方法.实验结果表明,该方法对各种相移步数的PMP均有抑制数字化误差的能力,特别在五步相移轮廓术采用三周期相移时数字化误差抑制能力最佳.     

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.     

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。     

基于优先度排序的3维数据缺失快速插补法

为了快速准确地对3维光学测量的缺失数据进行插值,以利于后期对比研究,提出了基于优先度排序的3维数据缺失快速插补估算方法,并把该算法用于插补模拟实验数据以及20帧振动扬声器测试数据的验证。结果表明,与其它常用缺失数据插补方法相比,该方法运算速度快、插补效果好,有利于处理3维测量结果的多帧和大量的数据。     

两种不同照明方式的三维轮廓检测分析

根据标量衍射理论,首先讨论了两平面波干涉场的空间分布与平行投影正弦光栅的等价性。然后,基于几何光学分析,讨论物体轮廓对平行投影及发散投影结构光场调制问题,导出与这两种照明方式相适应的高度公式。最后,通过测量的理论模拟对所导出公式的可行性作出证明。     

基于相位映射的三维主动视觉标定

通过在结构光发射单元和成像单元间施加几何约束条件,建立统一的坐标系.利用条纹投影和相位映射技术,构造了将编码相位图映射为物体的三维空间坐标的数学模型,进而获得深度图像空间坐标的计算值,然后将其与物体空间的三维标定数据基准进行比较,建立目标函数为误差平方和最小的非线性优化方程.两步法迭代求解这个优化方程,最终获得三维系统的结构参数.实验结果证明了本文提出的三维成像系统标定理论和方法的有效性.