基于并行四颜色通道条纹投影的三维测量术

提出一种基于红、绿、蓝和红外并行4颜色通道的条纹投影三维测量技术,实现单次测量获得物体的表面三维形貌。该技术克服了传统方法投影多帧条纹图像而造成测量速度慢的缺点,在保证精度的同时提高了测量速度。结合两步相移、傅里叶变换法和最佳三条纹选择法的相位求解方法,独立计算各个像素点的绝对相位,从单次同时采集的复合彩色图像和红外图像中获得非连续物体等复杂面形的三维形貌数据。利用半透半反镜实现了可见光和红外两个投影仪的光轴同路,并建立它们之间的投影变换,实现了两个投影仪像素间的精确对应。利用所研制的系统,测量了非连续的静态物体和动态物体,获取了它们的表面三维形貌数据。结果显示,所研制的方法适用于三维形貌的快速测量。     

数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术

提出一种数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术。为了满足动态测量的需要,利用数字投影仪的最大化刷新帧率和最高条纹频率设计,将二元编码条纹代替传统的8 bit数值正弦条纹使投影仪刷新率由传统60 Hz提高到数千Hz以上。通过编码满足抽样定理的最小周期二元条纹,利用数字投影仪的最优投影帧率性能,即可以在数字投影仪上实现投影条纹的最小等效波长,也可以实现计算莫尔条纹的优化提纯,进而从源头上有效提高计算莫尔轮廓术（CGMP）的测量精度。通过与傅里叶变换轮廓术（FTP）和高精度计算莫尔轮廓术（HCGMP）的对比实验验证了该方法的可行性和有效性,表明所提方法具有较高的测量精度,通过在线运动“心型”物体的测量表明所提方法可以满足在线和动态三维测量需要。     

光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正

由于数字光栅投影仪的光强传递函数对于正弦投影条纹的质量以及相位测量精度起着至关重要的作用,本文提出了一种校正光学三维扫描仪光强传递函数的新方法。首先,分析了由于投影仪非线性响应引起的光栅谐波的相位测量误差;然后,通过投影一组不同灰度级的图像,并利用光功率计测出数字投影仪投出图像的亮度。接着,通过分析得到数字投影仪的非线性响应特性曲线,再经过数据处理,即可获得投影仪的光强传递函数;最后,对光强传递函数进行反函数逆变换,得到一个校正后的非正弦光栅,利用投影仪对该光栅的投影即可在被测物体表面上获得一个正弦光栅。数字投影仪对标准平板的测量结果表明,校正前平均误差为0.71 mm,校正后为0.55 mm;对于标准量块的测量,校正前的平均误差为0.62 mm,校正后为0.15 mm。上述结果表明,本文提出的方法可以减小由于系统非线性响应引起的测量误差并提高测量精度。     

基于交比不变性的投影仪标定

提出了一种新的投影仪标定方法以提高数字光栅投影三维测量中投影仪标定的准确性.该方法结合二次投影技术和交比不变性进行投影仪标定.采用二次投影技术解决投射图案与标定板图案互相干扰的问题;采用交比不变性以避免引入相机的标定误差.接着进行了对比实验,以验证所提方法的有效性.选取需要相机参数的传统投影仪标定方法以及根据全局单应性...     

基于几何约束的自适应相位解包裹算法

提出一种通过相机和投影仪的空间几何约束来展开相位包裹的方法,只需要对结构光投影测量系统进行标定,不需要进行传统的时间或空间相位展开.通过投影单周期条纹得到物体的大致高度信息以确定虚拟深度平面,在虚拟平面z0min处,根据结构光系统的标定参数创建最小绝对相位图,物体的包裹相位逐像素与进行比较,即确定条纹级数,实现相位解包裹.该方法具有良好的鲁棒性,对硬件要求低,采集图像少并且不需要额外的物体来获得z0min,能够实现自适应动态测量.实验结果表明,在同等条件下,与传统时间相位展开方法相比,该方法的相对误差降低了14.33%,同时简化了测量方法,能够有效实现物体的三维形貌测量.     

基于自适应条纹投影的彩色物体三维形貌测量

针对三维形貌测量技术中彩色物体表面反射率的非均匀性影响测量结果的问题,提出一种基于自适应条纹投影的三维形貌测量技术,该方法可避免彩色物体表面反射率非均匀的影响,提高系统的测量精度。彩色相机采集RGB光强图像,并根据物体表面颜色的反射特性计算每个像素点的最优投射光强和颜色;采集水平和垂直的正弦条纹序列,利用计算所得绝对相位值将相机图像坐标系中每一个像素点的最优投射光强和颜色映射到投影仪像素坐标系;投射自适应条纹序列进而测量彩色物体的三维形貌。实验结果表明,该方法能够有效测量彩色物体三维形貌,具有很高的测量精度。     

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.     

一种三维数字成像系统的多视点姿态估计方法

为校准多视场深度数据,提出基于条纹投影的三维数字成像系统的多视点姿态估计方法。该方法至少在两个视点分别向被测物体投射出一组正交条纹图,利用条纹投影和相位重建技术,将相位图映射为物体的三维空间坐标。进而,利用投影仪的投射过程是摄像机成像过程的逆过程,建立投影仪的投射平面和摄像机的成像平面的对应关系,将“极线几何约束”应用到基于条纹投影的主动三维视觉的姿态估计问题,并在考虑测量数据受噪声影响的条件下,建立了求解视点姿态参量的数学模型。通过优化求解非线性方程可以获得多视点的姿态估计参量。所设计的实验及结果证明了所提出方法的有效性。     

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。     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用实时三维成像系统同时获取三维场景的彩色强度像和距离像;然后根据这些三维成像数据, 设计和制作计算菲涅耳全息图;最后在实时全息彩色三维显示系统中再现.三维信息的采集和显示速度达到了60帧每秒.     

复杂刚性运动物体的高精度三维测量算法

基于相移法的三维形貌重建精度高,对环境噪声和阴影等不敏感,但由于多幅条纹解相位,难以应用于动态物体的三维测量中,为此,提出了一种新的算法.基于Harris算法提取刚性运动棋盘格的角点,确定相邻两帧采集条纹图像之间的像素偏差并校正采集条纹图像;根据投影仪和摄像机的标定参数建立投影图像和采集图像之间的空间变换矩阵,并根据变...     

A simultaneous in- and out-of-plane displacement measurement method

A method is presented that allows real-time three-dimensional displacement maps to be obtained for deformable objects using a single color camera and a color fringe projector. The acquired images have speckle and fringe information embedded in them, which are separated using the R, G, and B color signals from a color CCD camera to permit the independent use of a two-dimensional digital image correlation to obtain the x- and y-direction displacements and fringe projection to obtain the displacement in the z direction.     

非全息衍射投影（英文）

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统,利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱,再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程,解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统,对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正,获得了无相干噪音的高品质衍射图像,实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800 mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像,从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.     

A novel fringe adaptation method for digital projector

Aimed to obtain high-quality sinusoidal fringe projection, a new method to correct the output fringe of digital projector is presented. The method is based on the proposed fringe transform model, which describes the relationship of the input and output fringe pattern. Firstly, a series of fringe patterns are projected and from the fringe images, the transform function is calculated by the pattern shifting method. At last, by modifying the input fringe pattern, a standard sinusoidal output fringe can be achieved. Different from the previous methods, the waveform nonlinearity is estimated by varying the intensity of the projected fringe pixel by pixel; thus the waveform nonlinearity can be estimated precisely and the time cost is considerably reduced. Experimental results show that by modification of the input projection patterns the projector can project fringe with high-quality sinusoidal waveform leading to high performance of the projection system.     

基于B样条曲线的投影图像边缘融合方法

为了实现对多通道投影画面重叠区域亮度的准确调节,设计了基于B样条曲线的投影图像边缘融合方法。首先,根据投影幕、外界光照环境以及投影仪自身性质设定衰减函数与伽玛校正的参数。接着,通过摄像机采集投影画面的重叠区域并计算每个像素点的颜色强度,通过理想值计算峰值信噪比。然后,比较二次B样条曲线与三次B样条曲线的校正精度与灵活度。最后,通过三次B样条曲线对投影图像进行边缘亮度优化直到峰值信噪比达到标准值为止。实验结果表明:投影画面重叠区域的R通道经B样条曲线优化后峰值信噪比提升了9.13 dB,G通道峰值信噪比提升了6.09 dB,B通道峰值信噪比提升了7.53 dB。基于B样条曲线的投影图像边缘亮度优化技术提高了投影画面重叠区域亮度调节的准确度。     

Lens distortion elimination for improving measurement accuracy of fringe projection profilometry

Fringe projection profilometry (FPP) is a powerful method for three-dimensional (3D) shape measurement. However, the measurement accuracy of the existing FPP is often hindered by the distortion of the lens used in FPP. In this paper, a simple and efficient method is presented to overcome this problem. First, the FPP system is calibrated as a stereovision system. Then, the camera lens distortion is eliminated by correcting the captured images. For the projector lens distortion, distorted fringe patterns are generated according to the lens distortion model. With these distorted fringe patterns, the projector can project undistorted fringe patterns, which means that the projector lens distortion is eliminated. Experimental results show that the proposed method can successfully eliminate the lens distortions of FPP and therefore improves its measurement accuracy.     

A study on the 3-D measurement by using digital projection moiré method

Moiré topography method is a well-known non-contacting 3-D measurement method. Recently, the automatic 3-D measurement technique by moiré topography has been developed in order to apply to the engineering and medical fields. The projection moiré topography is very attractive because of its high measuring speed and high sensitivity. In this paper, using the two-wavelength methods of projection moiré topography was investigated to measure the 3-D shape of an object with 2π-ambiguity problems. Rapid measurement can be accomplished by the synchronization between CCD camera and projector. The experimental results prove that the proposed scheme is capable of finding absolute fringe orders, so that the 2π-ambiguity problems can be effectively overcome so as to treat large step discontinuities in measured objects.