基于双拟合优化的聚焦深度三维形貌测量方法

聚焦深度法广泛地应用于小尺寸零构件的三维形貌测量。针对聚焦评价曲线多存在噪声导致三维形貌测量的精度下降,且效率受图像序列数目和聚焦评价算法限制的难题,通过结合双拟合优化理论与聚焦单峰性评价指标提出了一种基于自适应权重的聚焦极值搜寻方法,并进一步基于三次多项式二次插值算法和多级中值混合滤波优化深度信息。实验结果表明,方法对仿真图像数据的均方根误差(RMSE)较高斯拟合和多项式拟合分别降低了19.08%、17.32%,对球栅阵列封装(BGA)图像中受噪声干扰较大的区域仍具三维分辨能力,同时对钻削刀具进行了测量,提出的方法在50%的图像序列数目和图像分辨下RMSE仍降低了77.8%、62.6%,有效减少了聚焦曲线噪声对测量结果影响的同时提升了三维测量的效率。

基于双频横向剪切干涉系统的三维形貌测量

近年来,结构光投影三维成像技术被广泛地应用至各个领域。该技术通常采用投影仪投影条纹,导致投影条纹的空间周期和精度有限,且在测量微小视场时会存在条纹强度不均匀、条纹焦面景深不够等问题。为解决该类问题,基于剪切干涉条纹的高空间分辨率优势,提出了一种利用横向剪切干涉条纹测量物体三维形貌的系统和方法。该系统利用激光波前以不同角度入射平行平板会产生不同频率干涉条纹这一性质,旋转平行平板改变剪切干涉条纹频率,利用低频条纹指导展开高频条纹相位。同时利用干涉条纹的入射角度与形变量内在联系,通过几何关系获得相位与高度的映射关系,以达到重建物体三维形貌信息的目的。实验验证了该系统及方法的可行性,证明了其对测量微小物体或视场有着明显的应用价值。

三维形貌测量的扫描相移法研究

物体三维形貌测量中常用的光切法的主要优点是易于实现扫描测量大型物体表面 ,缺点是光刀中心位置难以精确确定 ;相移法的主要优点是可以用较宽的光栅提高测量的灵敏度与准确度 ,具有测量速度快和较好的抗静态噪声的能力 ,缺点是当待测范围较大时 ,采集图像的像差较大 ,不利于大型物面的测量 将这两种方法有机地结合起来 ,取长补短 ,提出了一种扫描相移法 实验结果表明 ,这个方法不但适用于长形大物面的形貌检测 ,而且又大大地减少了图像采集系统畸变误差的影响 。

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。

双振镜点扫描三维形貌测量系统

针对远距离大尺寸物体三维形貌测量的要求,设计并实现了基于激光三角法原理的双振镜点扫描三维形貌测量系统。介绍了系统的结构和测量原理,并对系统进行建模,推导了被测物体表面测量点的三维坐标计算公式。构建了原型系统,利用专用的二维平面靶标在测量空间内自由摆放数次,根据靶标上特征点及其像点间的位置关系,以坐标系转换为基础实现了测量系统结构参数的现场标定。利用李萨如图扫描模式分别对靶标平面、已知直径的球面及石膏像自由曲面进行了测量实验。结果表明,测量距离1m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.70mm,球面直径测量误差均值为0.51mm;测量距离10m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为17.85mm。该系统可用于远距离大尺寸物体表面的三维形貌测量。

基于四步相移光栅投影的三维形貌测量系统

为了实现对具有明显跳变面物体的轮廓测量,建立了四步相移光栅投影的三维形貌测量系统,并对所采用的四步相移测量算法进行研究。在介绍四步相移原理的基础上以有明显跳变面的三棱锥橡皮块为例,建立针对明显跳变面的测量算法。通过对4幅相移图算术求和并除以4得到平均灰度图;将平均灰度图二值化处理定位明显跳变面或阴影部分;将二值化图像与包裹相位图卷积,而后对包裹相位图进行解包裹,从而得到正确的连续相位,最终获取物体三维形貌。根据上述算法测量三棱锥的三维形貌并计算其体积,测量实验表明:被测物的体积平均相对精度为0.47%。

线结构光自同步扫描三维形貌测量系统

针对空间目标操控任务中非合作目标近距离三维形貌测量的需求,设计了基于激光三角法原理的线结构光自同步扫描三维形貌测量系统.分析了经典的点扫描测量系统模型,扩展建立了线结构光扫描系统模型.构建了测量系统桌面样机,利用二维平面棋盘靶标构建虚拟立体靶标完成了系统参量的标定.分别对已知结构的工件及天宫一号缩比模型进行了测量实验,结果表明:测量距离为1m时,系统三坐标测量误差均优于1mm,Z向距离误差为0.18mm,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.31mm.该系统简化了扫描系统结构,能降低空间载荷的重量和功耗,满足空间任务中快速三维形貌测量的需求.

高反光表面三维形貌测量技术

陶瓷、古文物以及金属工件等高反光物体表面的三维形貌测量在各个领域有大量的需求和应用。由于表面反射率变化范围较大以及相机灰度范围有限等问题,传统的条纹投影方法不能正确地测量高反光表面的三维形貌。综述了高反光表面三维形貌测量技术的国内外研究现状、应用领域和未来发展方向。首先,根据所采用原理和测量方法的不同,将现有的高动态范围三维形貌测量技术分为下述六类进行详细的介绍:多重曝光法、投影图案强度法、偏振滤光片法、颜色不变量法、光度立体技术以及其他技术。然后,详细的比较了各种技术的优缺点并归纳其适应性分析。最后,总结了高反光表面三维形貌测量技术的应用领域并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容,使用者可根据不同的应用需求和测量条件选择相应的最佳三维测量方法,进而更精确的重建高反光表面的三维形貌。

应用时域相位解包方法的三维形貌测量系统

设计一套基于时域相位解包方法的三维形貌测量系统 ,克服了传统解包方法中的误差传播效应 ,可以应用于复杂物体表面及复杂环境下的三维形貌测量。由计算机生成光栅并通过液晶投影仪投射到待测物体表面 ,用CCD摄像机采集图像并通过图像采集卡存贮到计算机中进行处理 ,实现了测量的自动化 ,完成一次高精度的测量仅需几秒钟时间。

光栅投影三维形貌测量低通滤波器的设计

分析在光栅投影三维形貌测量中,用于对变形光栅像解调的低通滤波器的性能。分别设计了脉冲响应为9点的FIR低通滤波器和IIR4阶Butterworth低通滤波器。处理1×512大小的光栅图像,FIR滤波器需要16128次加法和2304次乘法,位相测量平均误差为0.0356rad;4阶Butterworth滤波器只需4096次加法和4096次乘法,位相测量平均误差为0.0043rad。仿真试验结果表明,IIR的Butterworth低通滤波器具有更高的测量精度和计算速度。

一种新的模板匹配算法及其在三维形貌测量中的应用

投影光栅法是进行三维形貌测量的有效手段 ,但当被测物体陡峭度较大或存在高度突变时会出现阴影问题。为此本文提出一种基于互相关函数差值的模板匹配算法。该算法可以有效地解决这一问题 ,同时该算法也可用于大尺度物体三维形貌测量的拼接技术。文中给出了算法的详细描述及实例计算 ,计算结果证明了该算法的正确性。

三维形貌测量的莫尔条纹的理论分析

对投影型莫尔法形成莫尔条纹的原理进行了详细的分析,推出了莫尔条纹的计算公式。利用计算机模拟出了几种常见被测物体的莫尔条纹,与经典实验得到的结果一致。对相同形状不同大小的规则物体的莫尔条纹形状进行了分析比较,并对不同形状的规则物体的莫尔条纹形状进行了分析比较。按照原理图做实验,得到了球面的莫尔条纹,和理论分析结果一致。对莫尔条纹进行滤波,细化等图像处理,得到清晰的细化条纹。然后按照莫尔条纹级次和高度的关系式,重建出了球体的三维形貌。

不同负荷下足部三维形貌测量系统设计

介绍了一种可以测量足部在不同负荷下三维形貌的非接触式测量系统。测量系统基于激光线扫描工作原理,由伺服电机驱动的运动平台、足部负荷测量单元、CCD多路图像同步采集单元组成。通过分布在足部周围的八个CCD摄像机图像的拼接,实现了从足趾到足后跟足部轮廓360度的无盲区测量。此系统能自动提取足长、足宽、足后跟宽、足围、足趾高、足弓高、踝高、足背高、足弓曲线和足印等足部特征参数或曲线,得到足型随足部负荷变化的规律,可用于各种专用运动鞋和足部畸形矫正鞋的设计。

基于相移原理的便携式岩石三维形貌测量系统

针对岩石表面形貌复杂的特点和测量精度高的要求,提出了一种基于数字光栅相移原理的便携式岩石三维测量技术,该技术由相位移法、外差原理和相位高度映射三部分组成.相位移法和外差原理相结合能够自动完成相位展开,同时保持相移法原有的相位求解精度;然后根据相位展开后的相位图,利用相位高度映射算法来完成岩石的三维形貌测量.利用基于多频外差原理的三维测量技术建立了一套三维测量系统,该系统由一个CCD摄像机和一个数字光栅投影器组成.利用上述系统对一块岩石进行了测量实验,结果表明:该系统能够准确地完成岩石测量.

三维形貌测量

为实现对自由曲面三维形貌的快速高精度测量,文中提出基于激光扫描的视觉测量方法及结构。该方案结构简单,测量速度快,实现了完全自动化。在汽车制造、航天、模具等重要行业中具有可观的应用前景。

新型三维形貌测量系统SIFT算法改进研究

将测绘领域的三线阵摄影测量原理应用于运动物体三维形貌测量,提出一种基于三线阵CCD的新型三维形貌测量方法。针对新型测量系统获取的三线阵CCD影像同名点匹配问题,研究了常用的影像匹配算法,并选用SIFT匹配算法。由于传统SIFT匹配算法处理大尺寸图像耗时长、提取匹配点数少等不足,对算法进行优化,并提出基于新型大尺寸三维形貌测量系统的匹配搜索策略,确定最优匹配阈值,最后通过对比实验进行验证。实验表明,改进的算法能够解决匹配影像视角变化等问题,缩短算法处理时间,增加匹配点数,提高算法性能。

光学三维形貌测量技术的分析和应用

介绍了光栅投影三维光学测量系统的原理、组成及应用。光栅投影法是将正弦光栅投影到被测物体表面上,由高精度CCD摄像机摄取这些畸变条纹,并利用数字处理技术获得物体表面三维数据。该方法测量精度高、便于实现自动测量,是一种较为理想的光学测量方法。

双波长条纹投影三维形貌测量的实现

根据双目测量原理系统的标定方法,利用我们提出的基于波长选择的双波长条纹投影相位展开算法开发了一套标定过程自动化、投影条纹设计约束少、计算速度快的双波长条纹投影三维形貌测量系统,通过对长方体盒子的测量和重构实验,验证了该技术的可行性和正确性,为快速准确的进行三维测量和三维重构奠定了实验基础。

光学式三维形貌测量方法及发展趋势

随着科学技术和工业生产的迅速发展,许多领域越来越多地提出了对三维工件尺寸和形状参数测量的要求。本文系统地对光学式三维形貌测量方法的基本原理与主要优缺点进行了分析,阐述了它们的应用范围,并对需要进一步研究和发展的领域进行了探讨。

光栅投影三维形貌测量方法及发展趋势研究

随着科学技术的高速发展,越来越多的领域提出了对物体三维尺寸进行测量的要求。本文首先系统地阐述了光栅投影三维形貌测量方法的基本原理、主要优缺点及应用范围,随后对其发展方向和研究热点进行了探讨。