一种基于参数标定的投影条纹周期简易校正方法

基于三角测量原理的条纹投影轮廓测量系统中,倾斜投影到参考平面上的条纹将产生周期展宽现象,引起相位失真甚至影响测量精度.论文以条纹位置为控制变量推导出条纹周期校正的线性数学模型,通过简便的标定获得模型参数,由此反算出新的待投影条纹,并在参考平面上获得周期分布的投影条纹.实验结果表明校正后的条纹周期变化范围在±0.1像素内...     

利用双频外差和时空相位展开实现三维测量

为了使用高频条纹实现对物体三维形貌高精度快速测量,提出了一种利用双频外差和时空相位展开实现三维测量的方法。该方法仅投影两套高频条纹图片,利用双频外差方法计算出一个频率较低的截断相位分布,经空间相位展开得到其对应的连续相位,用于指导高频条纹截断相位展开,获得三维重建需要的绝对相位分布。该方法对双频外差后的低频截断相位上进行空间相位展开,降低了空间相位展开难度,增加了双频条纹投影三维测量的适用范围。实验结果表明该方法的STD误差为0.06 mm。该方法利用两套高频正弦条纹、不增加投影第三个频率条纹图的情况下,实现了高精度快速三维形貌测量。     

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     

基于傅里叶频谱分析的相位测量轮廓术系统Gamma非线性校正方法

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正,使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法,利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值,再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换,实现投影条纹输入值的提前校正,以获取具有良好正弦性的结构条纹,从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图,而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。     

基于条纹调制度的多投影显示融合方法

为了提升多投影显示系统的亮度融合速度,提出了一种基于结构光条纹调制度测量的多投影显示融合方法。该方法利用相机拍摄投影机投影在显示墙上的结构光条纹,计算出每个投影通道的调制度信息。同时,利用结构光条纹的相位信息构建投影机与相机间的亚像素级映射关系,并由此得出投影机上每个像素点在显示墙上的调制度数据。将该调制度数据与边缘融合结果相结合可得出每个投影通道的亚像素级融合模板。该方法具有操作简便、测量速度快、测量结果不受环境光干扰等优点,应用领域非常广泛。理论分析和真实场景实验都证明该方法的有效性和可行性。     

条纹投影三维测量的Gamma畸变校正方法

Gamma畸变是影响条纹投影三维测量精度的重要因素,为提高条纹投影系统的测量精度,通过分析Gamma值与谐波系数的定量关系研究了一种准确、简便的Gamma系数预标定技术。在仿真实验中,通过该方法将Gamma校正前后的相位平面与标准相位平面之间的误差降低了一个数量级,提高了测量精度。搭建了条纹投影实验系统,对人嘴雕像进行三维重建,并对Gamma畸变校正前后的测量结果进行了对比分析,验证了该方法的有效性。     

基于相位标靶的投影仪畸变测量与校正

针对传统的投影仪畸变标定方法系统结构和理论推导复杂等问题,提出一种基于相位标靶的投影仪畸变测量和校正方法。该方法以附有全息投影膜的液晶显示屏作为相位标靶,液晶显示屏依次显示水平和垂直方向的正弦条纹图像,投影仪向相位标靶依次投射水平和垂直方向的正弦条纹图像,并分别计算显示条纹和反射条纹的绝对相位。利用两组相位在相机像素上的对应关系,将投影仪投射相位转换到液晶显示屏相位坐标系中,从而测得投影仪的畸变。根据采集的相位空间关系进行畸变校正,使投影仪投射的等相位线在相位标靶上呈直线分布。实验结果证明,该方法可测量并校正投影仪的畸变,不受相机成像质量的影响,可为条纹投影三维形貌测量技术提升投影质量。     

基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.     

基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.     

基于L-K局域光流的空间视线坐标法面形测量技术

提出了一种基于L-K局域光流的空间视线面形测量技术.测量系统由一个投影仪和一个CCD摄像机组成,采用小投影角度的投影方式.通过投影光线与视线(观测光线)的交点坐标,直接计算得出被测物体三维面形高度分布,其中条纹图中观察位置的变化由L-K光流算法计算得到.建立了在点光源投影条件下投影光线与视线交点坐标、光流与被测物体面形高度之间的关系.模拟与实验结果证明该方法能够准确恢复被测物体高度.与传统面形测量方法不同,视线光流面形测量技术不需要采集多幅条纹图像,也无需计算条纹频率和物体相位值,只需两幅条纹图即可恢复物体面形高度分布.     

Multi-parameter measuring method of image intensifier based on Fourier transform phase measurement

A new quality parameter measuring method of image intensifier based on Fourier transform phase measurement is proposed. A standard sinusoidal fringe pattern is projected into the measuring system by spatial light modulator and the corresponding reference pattern and deformed pattern are captured by CCD. The Fourier transform and inverse Fourier transform are applied in order to extract the phase distribution of deformed pattern. The magnification, pillow-shaped distortion, barrel-shaped distortion, snake-shaped distortion and shear distortion of image intensifier are obtained at the same time. Experiment has proved its feasibility with real-time performance and without manual intervention.     

小波相位分析测量成像径向畸变

为了测量光学成像像面各个像素的径向畸变大小,提出将小波变换载频条纹相位分析应用于径向畸变测量。采用正弦载波条纹作为测量模板,把径向畸变转化为径向调制相位。应用条纹相位分析导出径向调制相位和径向畸变的转化关系。采用小波频率估计和相位估计提取变形条纹的相位,由于变形条纹中心点是零畸变,中心点的瞬时频率和相位可以计算参考条纹的基频相位。两种基频相位之差就是与所有像素径向位置畸变分布对应的三维调制相位——称为径向畸变分布。利用校正公式和立方卷积插值算法对彩色畸变图像进行校正,给出详细的理论分析和实验结果。     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究*

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

Analysis of phase distortion in phase-shifted fringe projection

This paper describes the analysis of phase distortion in phase-shifted fringe projection method. A phase distortion occurs when the phase shifting technique is applied to extract the phase values from projected fringe patterns in surface contouring. The phase distortion will induce measurement errors especially in the measurement of micro-components. The cause of such phase distortion is investigated and the influence of phase distortion on the measurement of micro-components is discussed. To eliminate the phase distortion, a continuous wavelet transform (CWT) is employed to extract phase values from object surface modulated fringe patterns. Principle of the proposed CWT phase extraction method is described and experiments are conducted to verify the proposed method. It is shown that by the use of CWT phase extraction method phase distortion induced in conventional phase-shifting technique can be completely eliminated.     

A novel 3D measuring method for discontinuous object by non-integral twin-frequency grating

A new 3D shape measurement method based on non-integral twin-frequency grating projection is proposed. In this paper, the projected composite grating is composed of two sinusoidal gratings, and the quotient of whose frequencies is not an integer. By using appropriate phase-shifting algorithms, two wrapped phases can be obtained from sixteen frames of the distorted grating patterns. In aid of appropriate phase unwrapping method, the unwrapped phase of high frequency fringe is obtained only from the relation of the two wrapped phases by a pixel-to-pixel phase unwrapping technique. Therefore the unwrapped phase of high frequency fringe pattern is independent of the low frequency fringe pattern, different from traditional integral twin-frequency grating projection methods in which the phase unwrapping error of low frequency fringe pattern may be propagated onto the unwrapped phase of high frequency fringe pattern. The new theory proves that the proposed method is applicable to measure discontinuous object, and has considerable measurement accuracy.     

单幅彩色条纹投影的不连续物体表面三维形貌测量

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该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蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图,由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离,同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图,通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体,利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景,从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。     

A novel color fringe projection based Fourier transform 3D shape measurement method

A novel Fourier transform 3D shape measurement method based on color fringe projection is proposed in order to solve the spectrum overlapping and phase unwrapping problems existed in Fourier transform profilometry (FTP). The R and G components of the color fringe are set to two sinusoidal patterns with different frequencies and the B component is set to the average value of R or G component. Then this pattern is projected to the object and the deformed fringe image is captured. Three gray patterns are separated from the color fringe, the background and high frequency noise can be eliminated using our method and the accurate unwrapped phase can be got. Only one shot color pattern is projected to get the 3D information of the object. Experiment results show that the 3D information of an object can be obtained rapidly and accurately.     

基于傅里叶变换解相法的像增强管多参数测量

 提出一种基于傅里叶变换解相法的像增强管成像质量多参数同时测量的新方法。将一正弦光栅图输入到像增强管,如果像增强管成像质量存在问题,将使图像输出发生改变,形成一变形条纹,采用傅里叶变换解相法对输出的变形条纹进行解相,可同时获得放大率、放大率不均匀度、枕形畸变、桶形畸变、蛇形畸变、剪切畸变等相关信息,对测量系统进行标定,即可实现对上述参数的同时测量。实验测得中心放大率与设定放大率的差值到了10-3量级,测得的畸变和畸变真值两者差异在0.4 pixel以内,结果证明了方法的有效性。