应用条纹投影法测量薄膜反射镜的成形

针对国内外现有薄膜反射镜面形检测方法存在动态测量不便,测量面形单一等问题,提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法。基于此方法搭建了测量平台,分析推导显示,该方法的测量不确定度<0.385μm,该平台的测量不确定度<4.25μm。在此平台上对标准球面镜进行了测量,验证了此平台的适用性。最后,对优化控制下的Ф300mm静电拉伸薄膜反射镜的面形进行了多次测量,结果表明,中心矢高测量值与理论值基本一致,优化后最佳镜面面形RMS值为5μm,PV值为39μm,相对于优化前RMS值减少了34.17%,PV值减少了26.4%,显示所搭建的基于正弦条纹投影方法的测量平台满足了现阶段薄膜反射镜面形测量的需要;而提出的面形控制算法可控制薄膜反射镜得到所需面形,并有效地提高面形精度。

光通信粗瞄系统莫尔条纹信号正弦性补偿方法

为了保证光通信终端的精确对准,抑制编码器莫尔条纹正弦性偏差引入的细分误差,设计了基于经验模态分解(empir-ical mode decomposition,EMD)的正弦性修正方法。首先,介绍了卫星光通信终端跟瞄系统的组成与工作原理。接着,分析了莫尔条纹正弦偏差给系统带来的细分误差并给出满足工程需求的正弦性阈值。然后,在阐述EMD分解原理的基础上,给出了基于EMD的正弦性修正方法,该方法利用编码器自身粗码信息计算转速,从而确定精码莫尔条纹信号的基波频率值,并采用EMD分解在原始信号中提取与该值相匹配的基波分量。最后,对该方法进行了原理和转速自适应性仿真,并应用到去掉光学滤波镜片后的粗瞄回路编码器中。仿真及实验结果表明:在光通信终端的各工作转速下,修正后的莫尔条纹正弦性均小于0.85%,满足细分要求;修正后的精码译码结果精确,编码器测角精度维持在1″以内,满足终端对准精度的要求。

基于空间载波条纹图的相位提取方法研究进展

介绍了几种基于空间载波条纹图的相位提取方法,包括正弦拟合法、卷积法、傅里叶变换法和小波变换法,并对这些方法进行了综合比较。重点讨论了对傅里叶变换法的精度限制因素,并总结了对其改进的各种途径。

三维面形测量中结构光场的非线性分析和校正

在基于数字投影的结构光三维面形测量中,相位测量轮廓术和傅立叶变换轮廓术是两种重要的方法,但由于受到CCD探测器光电响应的非线性、投影伽马的非线性以及环境光照等因素的影响,引起投影条纹正弦性的下降,最终导致相位和重建面形的误差。本文提出一种实用的结构光场生成方法,有效改善了结构光场的正弦性。从成像系统出发,通过理论推导,计算机模拟和实验,结果表明该方法大大降低了投影伽码引起的非线性误差,相位误差的标准偏差降低了7倍。

干涉条纹快速分析算法

讨论了一种快速、准确的算法分析离散的准正弦函数的相位和周期 .算法对条纹数据先进行自适应滤波 ,然后采用最小二乘法求得周期和相位 .其相位分析精确程度可达 1× 10 -4 ,周期分析精确度达 1× 10 -6.

光通信终端中编码器信号正弦性的EMD修正

为了抑制编码器莫尔条纹正弦性偏差引入的细分误差,保证光通信终端的捕获、对准、跟踪(APT)精度,设计了基于经验模态分解(EMD)的正弦性修正方法。首先,分析了莫尔条纹正弦偏差给系统带来的细分误差并给出满足工程需求的正弦性阈值。然后,在阐述了EMD分解原理的基础上,给出了基于EMD的正弦性修正方法,该方法利用编码器自身粗码信息计算转速,从而确定精码莫尔条纹信号的基波频率值,并采用EMD分解在原始信号中提取与该值相匹配的模态分量。最后,对该方法进行了原理和转速自适应性仿真,并应用在去掉光学滤波光阑后的粗瞄回路编码器中。仿真及实验结果表明:各种转速下,修正后的莫尔条纹正弦性均<0.85%,满足细分要求;修正后精码译码结果光滑,编码器测角精度维持在1"以内,满足终端对准精度要求。

光栅莫尔条纹信号非正弦性误差修正

为了提高光栅传感器的测量精度,提出了一种莫尔条纹信号非正弦性误差修正方法.通过三角函数变换建立修正模型,并依据泰勒级数迈克劳林展开式建立光栅传感器输出信号正弦性修正方程.以非线性模型中常用的最小二乘参数估计方法建立代价函数,采用粒子群算法对修正方程中的参数进行辨识,实现对光栅传感器输出信号的修正.针对修正前后采样数据的误差进行分析,光栅传感器输出信号误差峰峰值由110″降低至24″,其正弦性得到了改善.实验结果表明,该方法有效地解决了光栅传感器在复杂工作环境下输出信号非正弦性导致的精确性和稳定性问题,提高了光栅传感器的输出信号精度,增强了其对复杂工业现场的适应能力.

颜色编码正弦条纹实现孤立动态物体3维测量

采用常规条纹投影与相位分析方法,对动态物体,尤其是空间存在孤立区域、分布不连续的动态物体进行3维面形测量时,很难得到可靠的展开相位。为了解决这一问题,提出一种用颜色编码正弦条纹光栅投影测量的新方法。该方法使用二级编码的颜色信息来标记待投影的正弦条纹,从另一角度拍摄记录带有颜色信息的变形条纹图,根据编码特征进行解码获取颜色级次来确定条纹级次,并指导截断相位的展开,重建空间孤立动态物体的3维面形数据。结果表明,该算法的编码稳定、解码方式可靠,只需要拍摄1幅图就可以较好地重建空间孤立物体的3维面形。

管道周向二维振动线阵视觉条纹同步测量

针对管道振动监测问题,提出基于线阵相机的管道周向二维振动同步测量方法。在待测管道圆周表面预置单密度正弦条纹,采用线阵相机作为监测器对管道表面条纹图案进行实时采集,利用时频分析方法对采集的条纹进行处理以提取条纹序列的密度变化曲线,再通过条纹密度曲线的对称中心变化及其密度值的变化计算管道周向二维振动位移。首先利用SolidWorks软件建立管道振动测量模型,通过软件视觉成像模块对管道的预设振动进行模拟测量,再对视觉测量系统的影响因素进行模拟分析,最后搭建实验测量系统并与电涡流传感器测量系统的测量结果进行对比。模拟和实验结果表明,提出的测量方法可高效地实现10 mm范围内管道周向二维振动的准确同步测量,位移测量精度优于10μm。

基于虚拟视野的结构光条纹投影像素精准映射方法

针对像素尺寸差异、相位误差等导致相机与投影仪同名点像素坐标匹配错误、有效像素点缺失问题,提出一种基于虚拟视野的改进包裹相位-坐标映射方法。首先,对不同重叠视场下的条纹信息进行分析,确定较优投影模式;其次,设计两组高低频率的横纵条纹,提取低频相位极值计算虚拟投影视野、高频周期对真实和虚拟视野逐级编号,实现视野小范围匹配;最后,改进包裹相位坐标映射方法和相位差阈值判别准则,逐编号求解投影像素坐标,获得像素间的精准映射关系。实验结果表明,相位中相同像素区间的包裹相位均方根误差,相较于连续相位降低了78.6%。在平面和复杂表面实验中,有效像素数量相较于传统匹配增长了9.21倍和9.43倍,像素误匹配坐标比例由传统相位匹配的80.55%、59.4%降低至14.26%、12.56%,为自适应条纹测量技术中像素同名点匹配提供了可行的解决方案。

离焦条纹投影三维测量中正弦光栅的二值化方法研究

采用离焦二值条纹投影技术进行三维面形测量可以克服数字投影仪的非线性响应,同时有利于提高投影速度,实现高速测量.通过理论分析和实验研究了采用数字投影仪时二值条纹的基频、高次谐波能量分布与条纹周期的关系.结合相移算法,以相位测量误差为指标,衡量各种二值条纹的性能.研究结果表明:在周期小时,罗奇光栅和二维误差扩散算法生成的二值条纹离焦后能产生正弦性较好的条纹;在采用满周期等间隔奇数次相移时,罗奇光栅离焦能获得更高的测量准确度;在周期大时,采用优化脉宽调制方法得到的二值光栅离焦测量准确度最高.研究结果为离焦条纹投影三维测量中二值光栅的选择提供了依据.

正弦脉冲宽度调制条纹结合相位编码条纹的三维测量方法（英文）

提出了正弦脉宽调制和相位编码结合的一种三维形貌测量方法。这种方法离焦投影编码的两种条纹到被测对象上,使用相移算法,由正弦脉冲宽度调制条纹得到截断相位,由相位编码条纹解码得到条纹级次,从而恢复测量对象的三维形貌。实验结果证明了该方法有两个优点:(1)轻度离焦滤除了谐波从而能降低测量误差;(2)基于相位的编码方式能测量表面反射率不一物体。

基于视差和条纹调制度分析的多物体场景分割

噪声是影响图像分割的重要因素,文中提出了一种能够在含噪声的真实场景中准确提取出多个物体区域的分割方案。利用基于正弦条纹投影的双目结构光系统,得到包含目标物体的相位图和视差图。将视差图映射到U-视差图中,利用物体和噪声区域在该视差空间的不同形态特征,采用闭合区域检测算法初步得到各个物体的分割区域,并结合条纹调制度阈值分析法进一步去除阴影区域的噪声,最终得到精确的分割结果。客观评价的数据分析表明,文中提出的分割算法,不仅对噪声的鲁棒性较好,还可以有效地将物体与水平支撑面分割开,在不同场景下具有计算复杂度低,抗干扰能力强的优势,分割准确率均在90%以上,最高可达到99.2%,平均运行时间为27 ms。

A correction method of color projection fringes in 3D contour measurement

In the three-dimensional(3D) contour measurement,the phase shift profilometry(PSP) method is the most widely used one.However,the measurement speed of PSP is very low because of the multiple projections.In order to improve the measurement speed,color grating stripes are used for measurement in this paper.During the measurement,only one color sinusoidal fringe is projected on the measured object.Therefore,the measurement speed is greatly improved.Since there is coupling or interference phenomenon between the adjacent color grating stripes,a color correction method is used to improve the measurement results.A method for correcting nonlinear error of measurement system is proposed in this paper,and the sinusoidal property of acquired image after correction is better than that before correction.Experimental results show that with these correction methods,the measurement errors can be reduced.Therefore,it can support a good foundation for the high-precision 3D reconstruction.

结构光数字微镜投影系统的条纹质量演变

为了提高结构光三维测量技术中相位计算精度,本文从结构光数字微镜投影系统的全响应过程分析,建立了条纹质量的数学评价模型,搭建了以可编程数字微镜投影设备、摄像机、以及计算机为主要组成部分的结构光数字投影系统,研究了正弦条纹的质量演变规律,进行了评价条纹质量的比对实验。实验结果表明:当条纹的周期为80 pixel、调制度为0.40以及相机镜头F数为8时,能够得到对比度趋近于1且基频分量高的高质量正弦条纹。

基于傅里叶变换的小尺寸物体测量方法

传统物理光栅投影无法兼顾高精度、强适应性条纹投射,数字投影技术虽然能实现自适应,但却受分辨率及非线性的限制,难以产生高密度正弦条纹,这两种投影方式均不适合小尺寸物体形貌的精确测量。为了提高对小尺寸物体的测量精度,采用干涉仪投影与傅里叶变换轮廓术结合的方法,利用干涉仪产生干涉条纹,这种方法产生的条纹正弦性好,避免了DLP的正弦畸变,从而保证了光源的优质性,傅里叶变换无需考虑复杂的物理相移装置,测量速度快。使用提出的方法对一个平滑小尺寸物体高度进行恢复,实验结果表明该方法具有有效性与可行性。

基于全局位姿评估的条纹反向视觉测量

提出基于全局位姿评估的条纹反向视觉测量。利用带测头的摄像机拍摄二维正弦条纹,根据傅里叶分析提取的平面特征点全局评估摄像机位姿,进而测量测头的球心坐标。摄像机的位姿评估是条纹反向视觉测量的关键技术,在测头标定和坐标测量中均需要进行位姿评估。位姿评估的误差函数包括重投影误差和物空间误差两类,两者在基于平面的位姿评估中均存在两个局部极小值,采用全局位姿评估算法可以避免误差函数陷入局部极小以高精度获取摄像机位姿,完成测头标定和坐标测量。实验结果表明,该方法可以高精度测量物体的三维坐标。

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。

湍流环境中水下成像系统的调制传递函数研究

为了研究湍流对水下成像系统的影响,搭建了一套光学成像实验系统,利用水泵和水槽制造流速可控的湍流实验区域,使用CCD对正弦条纹目标成像,并分析图像质量。通过对实验环境的控制,得到不同浑浊度和不同流速下的成像结果,并提取调制传递函数(MTF)对结果进行分析。结果表明,悬浮颗粒散射在整个空间频率上造成调制对比度下降;而湍流散射更容易造成高空间频率域的MTF下降;随着进水口处流速的增加以及水体衰减系数的增大,其MTF曲线加快衰减;在湍流环境下的成像,图像失真和分辨率下降由颗粒散射和湍流散射共同造成。