相位测量轮廓术(PMP)中光场非线性误差分析

在相位测量轮廓术( PMP)中,探测器的非线性响应是导致测量误差的重要因素.对该误差进行了理论分析和计算机模拟,比较了几种相移算法对这一误差的抑制能力,模拟结果与理论分析的结果一致.提出一种存在非线性误差时光强函数的几何描述方法,采用帕斯卡蜗线描述二阶非线性光强函数,这是一种用角度射线与帕斯卡蜗线交点在横轴上的投影长来表示相对光强的几何模型,形象地表示了探测光强与光栅移动角度的关系,以及非线性误差存在和不存在时的光强变化.同样,文中采用准卡西尼卵形线蜗线描述三阶非线性光强函数,用同样的方法形象地表示了在存在三阶非线性时探测光强与光栅移动角度的关系,以及非线性误差存在和不存在时的光强变化,可为实际应用中合理地选择算法和直观的评估非线性导致的光强变化提供帮助.     

位相测量轮廓术中的实时相移校正算法

提出一种PMP中实用的基于快速傅里叶变换的相移校正算法,利用多采的一幅条纹图和自适应滤波,快速计算出当前相移值。采用该算法能实时准确地控制光栅的相移。     

JPEG2000对PMP图像压缩效果的定量研究

探讨了新一代静态图像压缩标准JPEG2000在三维面形测量中的应用.针对三维面形测量中的相位测量轮廓术,在减少图像存储空间,同时又不明显降低图像应用质量的前提下,采用了JPEG2000有损压缩技术对光栅投影图进行压缩.对相移法中得到的变形光栅图进行不同压缩比的压缩,比较了压缩后重构图像展开的相位与未经压缩的原图展开的相位之间的误差.通过定量计算压缩前后相位函数间的最大误差和均方根误差,分析了在相同压缩比的条件下,三维面形复杂程度与三维重建误差的关系.文中还比较了不同相移次数的光栅投影图的压缩对相位误差的影响.本文的研究结果对在相位测量轮廓术中合理的选择JPEG2000图像压缩比具有参考价值.     

自由空间奇数端口非对称型光开关研究

有别于传统的偶数端口对称型光开关设计,本文采用积木叠层方法设计,结构非对称、奇数端口的2×3和3×3光开关;各光开关基本功能单元结构类似,均由偏振光分束器(PBS)、相位型空间光调制器(PSLM)和反射镜组成;利用成熟的偏振控制技术实现信号光的控制和路由选择,有效避免路径的冲突与阻塞。这种设计具有结构简单紧凑、控制方便灵活、双向操作、与偏振无关、即插即用、易集成、易扩容和升级等特点。对2×2光开关单元的实验分析表明,该光开关插损小、串扰低和可靠性高,对于构建大规模的奇数端口和非对称结构的交换矩阵有帮助。     

Fourier变换轮廓术中对测量系统的基本要求

本文讨论正在正交光轴测量系统中避免阴影和频谱混叠并保证测量精度的方法,采用减小成像光轴和投影光轴之间的夹角的方法避免阴影;增加投影到被测物体上的条纹数,同时提高ＣＣＤ的分辨率以保证条纹的富里叶谱的基频从其他的频率分量中分离出来,从而提高ＦＴＰ的测量精度。计算机模拟实验证实了该方法的有效性。     

基于傅里叶条纹分析的多摄像机标定方法

提出一种新的摄像机标定方法,该方法基于2D共面参照物摄像机标定方法和傅里叶条纹分析方法.将已知相位分布的平面二维正弦灰度调制条纹图作为平面标定靶,通过傅里叶条纹分析方法计算出两个截断正交相位分布,利用截断正交相位分布并结合二维正弦条纹图特点提取相应的图像特征点,建立像素坐标与2D平面坐标的对应关系.将该二维平面靶在摄像机成像空间中放置不同的位置,并完成相应的特征点提取,根据2D共面参照物摄像机标定方法即可完成摄像机标定.该方法利用平面相位测量的高准确度来提高标定特征点的提取准确度,从而提高标定准确度.实验对双摄像机系统进行了标定,标定后该系统对标定靶进行测量,标准偏差达到0.010 mm.     

基于互补型光栅编码的相位展开

为了解决在运用相移技术和二元光栅编码结构光进行相位展丌时存在的误码问题,提出了一种新的互补型二元光栅编码.通过多投一幅格雷码图案,并利用格雷码相邻码字之间Hamming距离为1的特点,没计出互补的两种编解码方式.利用两种编码出现误码位置的不同,并结合相移技术解决了去包裹过程中的误码问题.论述了互补型二元光栅编码的设计方法及特点,并详细分析了基于互补型二元光栅编码的相位展开过程.计算机模拟和三维重建实验清楚地表明,提出的互补型光栅编码能很好地解决了误码问题且具有很高的可靠性.     

激光片光面内移动降低三维传感中散斑影响的方法

提出一种激光片光三维传感中降低散斑影响的方法:片光面内移动扫描法.通过向被测物体表面投射面内移动扫描的片状激光束,产生空间变化的动态散斑光场,这样的光场的时间平均效果降低了散斑的影响,明显地提高了测量精度.文中给出了激光片光面内移动对散斑影响的的理论分析和实验结果。     

多个线结构光传感器三维测量系统的校准

提出了一种3个激光线结构光传感器测量系统的校准方法。该方法避免了对测量系统结构参数的繁琐标定,只需对特殊设计的模块进行一次测量就能得到系统的校准参数,从而快速有效地实现CCD像面坐标向世界空间坐标的转换。实验证明,在100mm测量范围内能获得0.05mm的空间定位精度,并能有效地抑止光源散斑噪声对激光三角法测量精度的影响。这一方法已经在多传感三维测量系统得到很好的应用。     

探测器非线性对傅立叶变换轮廓术的影响

本文分析了探测器存在二阶、三阶非线性对傅立叶变换轮廓术的影响 ,对抽样频率的确定给出了严格的理论分析和公式推导。分析表明 :由于非线性的影响 ,必须增大抽样频率才可避免频谱混叠 ,保证傅立叶变换轮廓术的测量精度。计算机模拟实验给出了不同抽样频率对三维重建的影响 ,实验结果证实了理论分析的正确性