基于圆形条纹投影的相位测量轮廓术研究

编码的圆形正弦条纹在圆心具有零相位,该点可以作为后续相位计算和展开的参考。但是圆形条纹提供的载频相位具有非线性特点,当其用于三维面形测量时,如果圆心在物面上,获取物面高度信息的方法与投影单频直条纹的情况不同。研究基于圆形条纹投影的相移轮廓术,讨论了物面高度引起的图像点坐标的位移量和绝对相位的计算方法,并完成相应的误差分析。对3.5 mm平面测量误差的标准差为0.019 mm。计算机模拟和实验验证了该方法能直接得到离面物体的绝对相位,用于重建物体的三维面形。     

基于相位追踪的水中物体三维面形测量

提出一种基于相位追踪和光线迫迹算法测量水中物体三维形貌的新方法.该方法利用正弦面结构光来记录物体的三维面形数据,首先由投影仪投出止弦条纹图来调制淹没于水中物体的三维信息,摄像机拍摄获得物体表面的变形条纹图,然后利用相位追踪算法确定投影条纹和变形条纹之间的对应点,最后对相应的匹配点对进行光线追迹计算后,可以恢复出物体的三维形貌.由于使用面结构光进行测量,无需移动装置来实现对物体的一维或二维全场扫描,这样既节约了经济成本又缩短了测量时间.利用该方法进行了实际测量,得到了较好的重建结果,证明了本方法的正确性和可行性.     

单幅载频条纹图的相位恢复新算法

针对单幅载频变形条纹图的相位重构问题,提出了一种快速、高精度和免解包裹的相位恢复新算法。该算法利用两次希尔伯特(Hilbert)变换法从单幅条纹图中分离出正弦分量和余弦分量,然后由这两个分量计算出相位的斜率,对水平和垂直两个方向上的相位斜率进行积分,最后得到全场相位分布。计算机模拟和实验结果表明,该算法仅需一幅变形条纹图即可很好的恢复全场相位分布。与传统的傅里叶方法相比,该算法不需要解包裹处理,简化了计算量,避免了相位解包裹过程带来的误差,并且对阴影和相位不连续点不敏感。     

三维面形测量中基于模版匹配的变形条纹修复

在基于条纹投影和相位分析的三维面形测量中,由于被测物体表面标志点或复杂面形的阴影遮挡存在,会造成变形条纹局部区域的条纹数据缺失,影响相位和高度信息的最终重建,需要人为地对缺失图像信息进行修复。提出了一种新的缺失条纹数据修复方法——基于模版匹配的图像修复算法,通过图像中已有条纹信息(特别是与待修复区域周围相位信息相似度较高的已知条纹信息)对缺失的变形条纹信息进行估算,实现数据修复。该方法修复效果好,运算过程无需人为参与,便于计算机自动实现,尤其适合于待修复图像整体结构明显、纹理清晰图像的数据修复,有助于提高被测物体相位计算质量和在此基础上的三维面形重建质量。     

在电子散斑干涉中利用反相位法进行三维变形测量

提出一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移计算方法。在双光束电子散斑干涉系统中增加一路参考光,使这一路参考光为两光束所共用。两束光各自独立地对变形物体进行测量,分别计算相位分布,并对其中之一进行反相位计算。理论分析表明,对二路检测光所得到的相位进行相减运算,就能够较好地减少电子噪声的影响,分离面内位移场与离面位移,实现物体变形的三维测量。介绍该方法的原理,并利用典型实验证实了该方法的可行性。     

双波长剪切散斑干涉法在复合材料缺陷检测中的应用

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量,选用双波长激光照射和彩色相机,用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离,用红色波长相位减去绿色波长相位,得到合成波长相位,经频域滤波和相位解包裹,得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度,解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题,同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度,增强图像处理可靠度,提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比,实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性,实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量,扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围,为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.     

应用神经网络的复杂物体三维测量

将神经网络引入基于结构光投影的复杂物体三维面形测量。在测量过程中,利用神经网络强大的函数逼近能力,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位分布信息,获得物体的三维面形分布。应用神经网络方法,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的三维面形测量。该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术,不存在滤波操作,不会在测量过程中丢失被测物体的高频分量,具有更高的空间带宽积和灵敏度,能准确测量出复杂物体的细节,更加适用于恢复复杂物体的三维面形。并且该方法在条纹图存在阴影的情况下与傅里叶变换轮廓术相比,能更好地提取出物体的相位信息,恢复物体的三维面形。模拟及实验均验证了该方法的可行性。     

电子散斑干涉载频调制形貌测量方法的分析

根据电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的基本原理,物体表面的微小偏转可引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。将物体的偏转视为变形,对物体变形与载波干涉条纹之间的关系进行了讨论,得出了离面位移引入载波和面内位移引入含有物体高度信息相位的结论。发现利用典型电子散斑干涉系统测量物体形貌效果最好,并通过实验得到了验证。     

基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法

物体的运动使变形条纹图中物体像素点不对应,因此需要对物体做像素匹配。提出了一种基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,CCD同步采集相同步距时刻受物体调制的变形条纹图。采用傅里叶变换轮廓术(FTP)方法对采集的变形条纹预测物体不同位置的相位信息,并以该相位信息的特征做像素匹配,实现了物体在各帧条纹图中的像素一一对应,同时匹配后的变形条纹产生等效的等步相移,进而采用等步长相移算法来重构在线运动物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性和可行性。同时,与在线FTP方法进行比较,在线FTP方法和本文方法的均方根误差分别为1.013mm和0.024mm,表明该方法对在线三维测量具有较高的测量精度。     

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.     

基于载频条纹相位分析的畸变测量和校正

为了对图像畸变进行测量和校正,利用纵向朗奇(Ronchi)载频条纹作为测量模板,通过成像系统获取畸变光栅条纹.运用傅里叶变换对畸变条纹图像进行频谱分析、滤波提取基频信息,直接从畸变图像的中心无畸变区域提取理想条纹像信息.通过相位分析提取包裹相位并解包,获得畸变光栅条纹的径向畸变相位分布规律.将该分布规律转化为径向位置畸变分布规律,并结合双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.实验结果证明该方法是有效的.     

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。     

一种用于动态过程测量的实时偏振相移方法

利用一种特殊的相位龙基光栅和偏振相移技术,可同时获得四幅具有不同相移的干涉图,由此可计算出被测物体的全场相位分布,从而实现对支态过程相位的测量。将该方法应用于马赫－曾德尔干涉系统的散斑干涉系统,分别测量了液体的折射率变化和固体的离面位移,给出了实验结果。     

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.     

结构光数字栅线法对物体三维形貌的高精度测量

为了对物体的微观三维形貌进行高精度测量,开发了基于结构光的数字栅线三维纹理测量系统,该系统利用解位相的方法进行物体三维高度信息的计算。首先对相位主值的计算,采用了4步等步长相移法采集16幅等步长的相移图像,分成4组分别计算相位主值,再求其平均值作为最终的相位主值。为了滤除噪声及投影仪、CCD相机畸变等各种影响,对采集的条纹图像采用了自适应维纳滤波和小波多阈值方法进行预处理;其次对于位相展开,提出了基于多频的梯度导向相位展开算法,能够有效避开相位间断点,具有稳定的展开结果。实验结果表明,此系统所使用的方法在条纹图的P₀=22.7 mm-1时,获取的三维信息分辨率为2.75 μm,高度信息精度优于0.5 μm,同时具有测量快速,操作简单,无接触等特点,能够满足高精度的微观三维形貌测量的要求。     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

采用二维载频条纹的二维伽博小波变换轮廓术

为解决三维形貌测量中非连续相位解包问题并提高测量精度,提出了采用二维网格光栅作为空间载频条纹的二维伽博小波变换轮廓术。与采用一维单一频率载频条纹轮廓术比较,该方法可以获得两倍的测量信息,并且可以达到相同的测量精度。提取二维网格条纹中的两个调制相位时,该方法不必设计带通滤波器来分离两个一维条纹,而是直接应用二维伽博小波变换。通过检测小波脊,从一幅变形网格光栅图像中直接提取两个方向光栅条纹各自所对应的包裹相位分布,结合查表法进行解包从而得到确定的调制相位分布。给出了详细的理论推导,实验结果证实了该方法的可行性。     

基于物体像的干涉条纹图像中散斑噪声的识别方法

散斑噪声是激光干涉时的普遍现象,其覆盖被测表面对应区域的形状信息,造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点,提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点,自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系,得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验,对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补,消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。