利用三频外差方法获取小型工业零件三维面型信息

随着以智能制造为主导的工业4.0时代到来,“机器视觉”可取代人工帮助企业有效提高生产效率和降低生产成本,在智能制造中占据核心地位。为了更好地培养新时代智能制造人才,在教学过程中需有机结合“机器视觉”理论知识与其现实中的实用价值。本文采用基于三频外差原理的光学三维测量方法实现了对某小型工业零件三维面型信息获取。将三种不同频率的条纹图案依次投影到被测物体表面,利用相移和三频外差相位展开算法可以从相机采集到的经被测物高度调制后的变形条纹图中得到包含被测物体面型信息的展开相位,对测量系统进行标定,得到相位与真实高度间的映射关系,在此基础上进一步获取被测物的真实三维面型信息。此外,通过投影白色图片到被测物并对相机采集到的图片进行阈值分割的方式对重建出的被测物三维面型中的阴影区域实现了定位,从而去除了重建结果中的无用阴影区域面型信息。

利用三频外差实现的小视场三维测量系统

搭建了一套小视场的三维面形测量系统。该测量系统采用基于DLP4500芯片开发的高速数字投影模块套件实现条纹图像的高速投影和相机的同步触发图像采集。利用该投影模块向小视场物体表面投影三种不同频率的相移条纹图,相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,分别计算出三组条纹对应的截断相位图,再进行两次外差得到频率为1的相位分布,以此为基准往回展开得到连续的相位分布,从而重建被测物体的三维面形分布。实验成功重建了以硬币为代表的小视场(8 mm×6 mm)物体在100μm深度范围内的表面三维形貌。

基于三频外差法的异构铸件三维测量系统

惯性平台中的台体和本体均为复杂异构铸件,目前多采用人工划线法建立多个基准来进行测量,效率和精度低,易漏检误检。基于多频外差法的三维光学测量系统已广泛应用于航空、航天等制造领域,根据被测铸件异构的特点,结合双目视觉和相位光栅法较高的检测效率和精度,搭建了一套三维测量系统。首先通过平板标定法得到系统的固定参数和可变参数,然后利用数字光栅投影仪向被测零件表面投射三套不同频率的相移条纹图,相机同步采集变形条纹图,再利用四步相移和三频外差法得到周期为1的相位分布,以此为基准展开得到连续分布的绝对相位,结合极线约束和相位匹配重建出被测零件的三维点云数据,最后在三维软件中完成点云处理、曲面重构和三维测量。实验结果表明,系统的绝对测量精度小于0.1mm,能够实现异构铸件的三维尺寸测量,具有较高的检测效率。

双频CO_2激光器的输出特性分析及三频外差测量研究

本文从实验上研究了固定谱线CO_2激光器的双频输出特性,并对其产生双频输出的原因作了初步分析;利用该激光器,成功地进行了三频外差测量研究。

基于三频光外差法产生毫米波的研究

将三频光外差法运用到光纤无线系统(Radio-over-Fiber)中,研究了一种采用三频光外差法产生毫米波的RoF系统。在中心站产生三路不同波长的窄线宽光波,其中两路光波分别由光调制器调制上数据信号,另外一路作为本振光。经光纤传输后,再通过基站光探测器的探测混频产生两个不同频率的毫米波信号。结果表明,采用三束波长为1549.68nm、1549.52nm和1550nm的光波可产生两路分别携带10Gb/s下行基带数字信号的频率为40GHz和60GHz的毫米波,并实现基带信号在单模光纤中20㎞的传输。

GPU加速三维面形测量（英文）

随着通用计算和图形显示需求的不断增加,图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)在医学、科学计算、图像处理等领域得到了广泛的应用。但它在三维测量领域的应用还只是一个开始。文中基于傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry,FTP)和三频外差法设计了两套三维测量系统,并利用计算统一设备架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)方法,加速了静态或动态物体的三维重建。在三频外差测量系统中,需要利用高速数字投影模块和相机,同步触发采集小视场表面的12个变形条纹图,然后对图像数据进行处理。实验结果表明:对12幅1 360 pixel×1 024 pixel大小的图像进行相位展开运算,GPU方法比CPU方法的效率提高了2 089倍。在基于FTP方法的测量系统中,摄像机只需记录一幅变形条纹图,然后拷贝到显存中,并用CUDA编程的算法进行处理,进而重建出物体的三维面形。基于GPU的FTP方法对一幅1 024 pixel×1 280 pixel大小的图像进行计算,其计算时间比CPU方法缩短了27倍。

基于面结构光的双目立体匹配算法研究

提出一种基于面结构光的四步相移三频外差的双目立体匹配方法。将正弦光栅投射到被测物体上,将左右目CCD采集的光栅图像进行四步相移三频外差算法相位展开,然后在极线准则的条件下,确定左右视角主值相位相等的点完成双目的立体匹配。实验证明,该方法具有实时性强、匹配精度高,在摄像机精度较低的情况下,具有较好的匹配效果。

时间相位展开的误差分析与算法设计

时间相位展开方法投射一系列不同频率的条纹图到物体表面,然后将每点的相位在时间序列上独立进行展开,从而避免了误差的扩散,在近年来得到了很好的发展.本文对时间相位展开方法的效率、可靠性和精度之间的关系进行了研究和分析,并针对三种典型的时间相位展开方法:负指数拟合法,三频展开法和外差法,在上述三个方面作了定量计算和比较.根据几种方法的特点,提出了结合三频展开法和外差法优点的算法设计方法——三频外差法.计算机仿真和实验表明,该方法在仅使用三频条纹图的情况下,可以达到较高的可靠度和精度,应用前景比较好.