逐像素调制的高反光表面三维测量方法

高反光表面的三维面形测量是光学三维测量领域的难题之一,本文提出一种基于逐像素调制的高反光表面三维测量方法,可解决光学三维测量中因过度曝光而导致的相位信息无法获取的问题。首先,通过投影最大灰度值的灰度图识别饱和像素点的位置;然后,依据投影低灰度下横纵条纹图进行过饱和区域坐标匹配,并结合一种新的相机-投影仪强度映射关系,逐像素求解过饱和像素点的最佳投影灰度值;最后,投影重新生成自适应条纹投影序列,并结合多频外差相移法用于相位恢复和三维重建。实验结果表明:所提方法的间距平均误差和标准偏差均小于文中其他方法所得的测量值,相对于传统方法,该方法的平均误差减少了61.9%,标准偏差减少了67.7%。本文所提方法的调制度高,速度快,能保证很高的测量精度。

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。

一种用于高反光金属表面3D重构的新型投影测量系统

在利用光学扫描技术对光滑金属表面进行三维重构时,常常出现由于镜面反射而产生的局部亮度饱和区域,使得该区域无法进行扫描。因此,常用的光学三维扫描方法很难精确重构高反光金属表面的3D坐标。为了解决这个问题,本文提出一种改进的投影测量系统(Fringe Projection Profilometry FPP)对高反光金属表面进行三维扫描。在改进的投影测量系统中,将两个偏振片分别放置在CCD相机和投影仪镜头前。结合硬件装置的改进,本文提出了双偏振法的原始图像融合方法。其中,高反光金属表面上的亮度饱和区域可以在两个偏振片相互垂直时进行测量,漫反射区域的3D坐标可以在偏振片相互平行时获得。实验结果表明,改进的投影测量系统可以有效地对高反光金属表面进行三维扫描。

反光电发射谱技术及其应用

本文介绍了反光电发射谱技术的基本原理,实验设备和实验方法,并详细综述了这种技术在表面科学,磁性材料,强关联复杂系统和高分子聚合材料等方面最新的研究进展。

基于条纹投影轮廓术的航空高光零件三维测量技术

针对航空工业零件高光表面结构光三维测量中强反光和多次反光问题,提出了基于高动态多步相移和单像素成像相结合的三维测量技术,有效地解决了测量复杂反光表面时的点云缺失和精度下降问题。对标准量块进行三维测量和精度评价,基于高动态多步相移的三维测量技术拟合均方根误差为0.0066 mm,基于单像素成像的三维测量技术拟合均方根误差为0.0046 mm。以台阶标准器作为测量目标,开展绝对尺寸测量精度验证试验,绝对偏差不大于0.007 mm。分别对金属表面结构件(如航空发动机叶轮、涡轮叶片)和碳纤维结构件进行测量试验。试验结果表明,三维测量结果基本无点云缺失,强反光和多次反光区域均获取了完整的点云数据,实现了航空工业高光零件的精密三维测量。

精密制造中复杂反光表面三维测量技术

针对强反光表面、多次反光表面以及半透明材质表面等复杂反光表面的测量问题,本文提出基于区域条纹投射的强反光/多次反射表面测量方法、基于多频条纹投射的半透明材质表面测量方法、以及基于单像素成像的复杂反光表面的测量方法,可以有效地测量这些难测表面,为实现测量反馈到加工质量检测与工艺优化提供了必要的数据源。

彩色高反光表面自适应编码条纹投影轮廓术

条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异,提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光,利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象,抑制表面高光的形成,从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明,与多重曝光方法相比,利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建,有效降低了投影图像的数量,提高了测量效率。

基于自适应条纹的高反光表面三维面形测量方法

提出了一种基于图像融合和插值预测的自适应条纹投影方法。该方法首先基于多幅掩模图像融合求取了最佳投影灰度值所需的饱和阈值,并结合插值预测查找算法求得了最佳投影灰度值;然后通过降低整体投影强度,在不饱和情况下进行了坐标匹配,最终生成自适应条纹;最后将生成的自适应条纹投射至被测物体,并利用外差式多频相移法进行了相位解算和三维面形重构。实验结果表明:所提方法实现了局部过曝区域的相位信息的完整提取,绝对方向和正向的平均误差与标准偏差值均小于传统方法,且绝对方向平均误差减少了84.1%,正向标准偏差值减少了69.4%。所提方法有效地解决了高反光物体三维面形测量的难题。

基于多视方程的高反光物体表面三维形貌测量

双目结构光三维形貌测量技术在测量高反光物体的过程中,左右图像中对应物体表面的不同位置处出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据无效。首先将投影系统作为反向相机并与双目系统共同组成多视系统,然后对物体表面的每一点进行多视系统匹配,接着通过调制度来判断每一像素对应相位的有效性,舍弃过曝光图像区域的像素以获得双视共线方程,最后由整体多视方程同时实现三维点云重建。该方法能够有效解决坐标系转换、多系统重建结果的数据冗余和融合误差等问题。实验结果表明,所提方法在500 mm×700 mm大小的视场范围内能够很好地对高反光物体进行完整的三维形貌测量。

光学元件测试与设备

TB92 99031951一种检测车灯反光镜表面质量的方法=A method tomeasure the surface quality of the reflector ofthe automobile light[刊,中]/贺莉清,吴海生(上海理工大学仪器仪表学院.上海(200093)),张峻,李玉泉(小糸车灯有限公司.上海(201800))//光学仪器.—

复杂光照条件下的高精度三维成像技术

现代工业零部件的加工已经实现了无需二维标注图纸,由计算机辅助设计3D模型直接输入数控系统加工。加工工艺的进步给工件测量和质量评价方法带来了新挑战,通过获取零部件的高精度稠密三维点云的“靠模”质量评价方法得到了重视,特别是对于结构复杂的零部件。然而,高精度复杂结构的零部件三维测量遇到两个难题:1)金属零部件加工后表面光洁度很高,主动投射的条纹光束会引起金属表面的强烈反光致盲或者复杂结构引起的投射光多次反光混叠;2)复合材料的半透明会引起投射光的次表面散射。这些因素都会导致测量失效。现有结构光主动视觉三维重构技术无法解决上述难题。针对复杂型面免喷涂三维重构问题,建立基于单像素成像方法的复杂光照分离模型,实现直接光与复杂光照分离。为了解决单像素成像方法效率低、速度慢、难以满足工业现场测量需求的问题,提出一种基于局部区域延拓的并行单像素成像方法。实验结果表明,并行单像素成像方法能够很好地实现工业测量现场多次反光与次表面散射光干扰条件下的三维重构。

基于双向反射分布函数模型的结构光投影自适应调制方法

金属结构件的三维形状测量是评定金属构件加工质量的基础,基于结构光的三维重建方案受到金属构件中的高亮反射影响,存在着信噪比下降,甚至数据缺失的问题。针对金属构件检测中的高光问题,提出了一种自适应的条纹投影测量方案,并将其应用到金属表面的形状尺度测量中。采用了结合阈值化方法和色彩空间变换的方法检测图片高光区域,使用基于极线约束的投影-相机双视图搜索方法获取相机投影仪之间的变换关系,提出了基于双向反射分布函数(BRDF)光学成像模型的条纹调制参数生成方案,实现了投影条纹的像素级调制。实验结果表明,所提方案在减少投影次数提高测量效率的同时,高光区域测量结果的无效区域补偿率达51.3%,测量精度提升77.4%。