互补格雷码双N步相移的彩色编码光栅投影轮廓术

在三维轮廓测量领域,互补格雷码相移法能够得到连续的展开相位,然而,单组相移条纹导致其测量精度极易受到周围环境变化的影响,且传统投影方式增加了干扰的引入。针对此问题,本文提出了一种基于彩色编码光栅投影的互补格雷码双N步相移法。首先将双N步相移条纹和互补格雷码条纹混合编码成彩色条纹,然后依次投射到目标表面,最后从采集的彩色条纹中提取相位信息分别进行相位解算、融合后求得表面三维形貌。为了验证本文所提方法,将该方法与传统互补格雷码N步相移法以及三频外差法进行了对比实验。实验结果证明,本文方法能够获得高精度表面形貌信息,有效降低测量误差,同时检测效率提高50%。

四步相移结合互补格雷码的快速相位展开

为提高相移条纹投影测量系统的精度与效率,提出了一种四步相移结合互补格雷码的快速相位展开方法,有效消除了相位展开误差,并能够显著提升计算效率。引入的互补格雷码与传统格雷码的条纹阶次存在半周期错位,利用这种错位与中值滤波结合可完全消除相位展开误差。首先,采用大津法对全亮图案进行二值化生成掩码图像;其次,以掩码图像非零区域为路径引导四步相移与互补格雷码解码得到包裹相位与条纹阶次;最后,利用条纹阶次对包裹相位进行相位展开。实验结果表明:提出的快速相位展开算法比原算法速率提升了36%。

一种消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双N步相移法

互补格雷码双N步相移法因其具有鲁棒性好、检测精度高等特点在条纹投影轮廓术领域成为研究热点。然而,传统互补格雷码双N步相移法存在检测效率低以及未消除周期性毛刺相位误差的问题。针对这些问题,本文对传统互补格雷码双N步相移法进行改进消除周期性毛刺相位误差,首先通过相机捕获形变条纹图像并计算出两组截断相位,然后利用两组截断相位的相关性消除检测数据中的相位差、周期性毛刺相位误差,再对两组截断相位进行融合,最后通过互补格雷码相位展开法对融合后的截断相位进行相位展开。实验得出本文方法在检测效率不变的情况下,能有效消除周期性毛刺相位误差,得到高精度展开相位,相比于未消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双N步相移法,本文检测方法精度提高了约24.57%,相比于互补格雷码N步相移法,本文检测方法精度提高了约6.29%。

基于改进的格雷码法的三维重建系统

随着结构光三维测量技术的迅速发展,对精度的要求日益提高。基于格雷码的方法具有鲁棒性强和抗噪性良好的优点,易于实现,在工业检测、生物医学等领域被广泛应用。但传统的基于格雷码图案的相位展开方法往往容易出现跳变误差,为了避免这一情况,提高相位展开的精度,设计了一种六步相移结合互补格雷码的方法。首先对测量系统进行标定,然后将设计好的光栅图投影到待测物体上,经过处理得到连续相位图,结合标定数据完成物体的三维重建。增加的互补格雷码与传统格雷码存在半个周期的错位,可以有效避免边界解码发生的错误。相比较传统的投影一黑一白的图案生成掩码图像,本文采取最大类间方差法对全白图案进行处理得到掩码图像,在减少投影图片的同时,能够很好地提取感兴趣区域,提高相位展开的速度。利用标准多圆柱进行实验,结果表明:系统的重建精度在0.3 mm以内,并且对更为复杂的大卫头像模型进行实验,较好地重建出了待测物体。

基于格雷码-相移的高反光表面三维测量研究

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。由于高反光表面镜面反射和背景光照的干扰,传统条纹投影测量方法难以满足实际测量要求。论文基于条纹反射测量系统,在高反光表面测量方法研究中,采用了格雷码-相移的结构光,针对编、解码过程中存在的周期错位问题,提出了一种循环互补格雷码的校正方法。搭建测量系统对直径500mm的凹面镜进行测量实验,实验结果表明,凹面镜测量高度的误差为0.0067mm,证明了该方法的有效性。

基于相移轮廓术的多核异构三维测量系统

在充分兼顾嵌入式三维测量系统对高效性、集成性、通用性以及灵活性等需求的基础上,设计了一种由3个异构核心构成的结构光三维测量系统架构。该多核异构架构层次清晰、结构灵活、通用性强,能兼容多种通用接口的光学器件(相机、投影仪等)。在此架构基础上,结合现场可编程门阵列并行流水优化方法,设计并实现了一种涵盖相位解调、解包裹以及相位深度映射等模块的全流程结构光三维测量系统。实验结果表明,所提方法在测量精度与传统PC平台相当的情况下,大大提高了测量效率,处理13幅1280×800分辨率的图像仅需12 ms,是同类算法在传统PC平台上的11倍。