基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构

相移轮廓术因其高精度和高鲁棒性广泛应用于三维重构。由于需投射多幅条纹图到物体表面,相移轮廓术要求物体在重构过程中保持静止,导致运动物体的三维重构精度较低。文中提出了一种基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构方法。首先调整相机和投影仪时序,使投影仪投射一幅条纹图的同时,相机完成两次采集。然后分析物体运动对双采样条纹图的影响,并建立条纹描述方程。结合物体的运动信息,提取混合相移条纹图中的相位信息。最终对拍摄条纹图进行复用,提高运动物体的三维重构帧率。实验结果表明,该方法不仅可以精确重构运动物体,减少运动误差,还在投影速度受限的前提下提高了运动物体的三维重构帧率。

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%。

时间相移显微干涉术用于微机电系统的尺寸表征

提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上.该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行,具有亚微米级的水平分辨力,垂直分辨力在纳米量级.测量系统采用Mirau显微干涉物镜,利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移,并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息.通过测量美国国家标准研究院(NIST)认证的标准台阶对系统进行了精度标定,并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能.

双频光栅相移层析术测量非对称温度场

双频光栅相移层析术测量非对称温度场钱江源明海郭阳吴云霞谢建平（中国科学技术大学物理系合肥２３００２６）光学ＣＴ通过重建透明介质的折射率场，可以测量与折射率有关的物理量，如温度、密度或压力，因而在科学和工程上有着广泛的应用。其中一项关键的技术就是从干涉...

相位测量轮廓术中一种有效补偿相移误差的新算法

提出了相位测量轮廓术中一种新的相移误差求取算法,利用了正弦投影条纹中相邻像素点间相位差的相等性特点,以相邻3个相位点为研究对象,结合相位补偿测量原理,将每个相位点的相位由含相移误差的方程表示.依据相邻两点相位差相等的特点,构造出一个求取相移误差的方程.将这种方法求出的相移误差代入相移公式中进行误差补偿,仿真结果验证了新算法对相移误差的抑制效果.最后利用新算法对实物进行了三维重构测量,从最终得到的结果明显可以看出,使用新算法进行误差补偿后,对实物的重构效果较清晰,误差提取算法有效地提高了三维测量的精度.

相移干涉显微术测量表面微观形貌

在微分干涉相衬显微镜中加入偏振相移装置,实现了对干涉光强的调制,达到了相移的目的,构造了具有纳米级分辨率的相移干涉显微测量系统。编制了一套测试软件及多组数据处理软件,将测量系统的各组成部分用软件进行了连接。分析并解决了测量过程中的技术难题,对纳米表面微观形貌进行了高精度实时自动测量。该测量系统能够准确地重构出纳米表面微观形貌,并给出了定量测量数据。

一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究，提出基于Gram—Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图，且两幅图像之间的相移值不需要事先给定，可以随机取任意值；在保证精度的前提下，该技术只需两幅变形光栅图，同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明：与现有的几种相移轮廓术比较，提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位，且获取待测物体的三维数据精度较高，具有较强的适用性。

相移干涉术及广义相移数字全息干涉术

在基础光学框架内说明了传统的相移干涉术及近年来发展的广义相移数字全息干涉术的基本原理;前者要求特殊值等步长相移,而后者则可以采用任意未知相移值.着重介绍了广义相移干涉术中的物波恢复算法,以及基于衍射场统计特性的未知相移提取算法.从一个侧面沟通了基础光学与近代光学之间的关系.

基于广义相移干涉术的数字全息实验

设计了一种基于广义相移干涉术的数字全息实验装置,介绍了相应工作原理。为了大幅减少精密相移器造成的相移数字全息实验成本,实验装置省去了相移器这一昂贵器件。实验利用光学器件的微小振动特点,进行相移数字全息的记录,使用两步广义相移干涉算法从干涉图中直接抽取实验中的实际相移量,代入相应物光波前再现公式计算物光复振幅,经过逆菲涅尔衍射进一步得到原始物像。实验结果表明,该装置无需相移器即可实现相移数字全息记录和再现,能够自动抽取相移值,高质量完成物光成像。该实验改进了相移数字全息的实验装置,大幅度减少了实验成本和操作难度,有利于推广和利用。

相移条纹投影三维形貌测量技术综述

结构光三维形貌测量系统目前得到了越来越广泛的应用和研究,相移条纹投影三维形貌精密测量技术是其重要的发展方向。对结构光相移条纹投影三维形貌测量系统的应用发展、工作过程、不同系统构成方式、相移条纹的各种形式及特点、相位误差校正方法、不同相位解包裹算法及其优缺点和适用场合、测量系统数学模型的实现方法及其相应的优缺点、高动态范围测量技术等进行了详细的分析。对相移条纹投影系统的工作流程、实现方法、关键技术的发展及其存在问题等进行了比较全面的梳理,为三维形貌精密测量技术进一步满足先进制造中更高精度的要求指出了后续的研究方向。

相移干涉术中压电陶瓷的驱动电路

在相移干涉测试技术中通常都采用压电陶瓷元件作为相移元件；本文介绍了两种压电陶瓷元件驱动电路的工作原理并对两种方案进行了比较．

基于三维测量技术的相移微动装置研究

本文介绍了相位测量轮廓术的基本原理,根据相位测量轮廓术中相位调制的原理提出了一种实现光栅精确相移的新装置,该套相移微动装置主要由步进电机控制器、驱动器、步进电机、螺旋测微头等部件构成.通过对步进电机控制器编程实现了相位调制的自动化.

四步相移数字全息干涉术相移提取和物光重建

提出广义相移干涉术中结合广义四步公式改进最小二乘法抽取任意相移进而重建复波的方法。利用广义相移数字全息算法的物波重建公式替代传统最小二乘法来提取参考光相位和重建物体波前,大幅减小迭代循环的计算量。使用该方法,每一次迭代计算参考相位只需要一个最小二乘法,同时利用物波前重建公式计算物光相位。这种方法的可行性和有效性已被计算机模拟证实。模拟结果表明,相移值抽取误差保持在0.004rad左右,同比传统的四步最小二乘法算法节省大约10倍的计算时间,精度完全满足物波再现要求。光学实验也取得了令人满意的结果。

基于利萨茹椭圆拟合的两步相移轮廓技术

相移轮廓术(phase shifting profilometry,PSP)至少需要三帧条纹图提取物体的相位信息.在动态测量中,减少条纹数有助于快速测量,并且可以抑制运动物体存在的相移误差.为了克服上述问题,本文提出基于利萨茹椭圆拟合(Lissajous ellipse fitting,LEF)的两步相移轮廓术,针对条纹背景和调制度分布不均匀导致的LEF相位误差,给出了误差抑制方法.实验实现了基于LEF的两步相移动态场景测量,与多帧PSP相比,本文所述方法可以减少条纹帧数并且可抑制物体的运动导致的相移误差.

基于两步广义相移干涉术的微纳形变测量

基于两步广义相移干涉术,设计微小形变测量实验装置,介绍工作原理和测量方法。采用同轴相移数字全息正交光路,记录形变前后物光、参光、干涉图强度,以两步广义相移干涉算法为基础,恢复原物光相位和表面形貌信息,相减后得到表面形变量。实验结果表明,相对于现有表面微小形变测量方法,提出得方法能够精密测量物体表面微小形变量,方法简单易行,精度可达纳米量级。

基于相移轮廓术快速三维检测系统研究

本文分析了相移轮廓术的原理和方法,通过彩色ccd相机和数字式投影仪搭建了一个三维检测系统;应用HALCON算子进行标定和测量。误差分析表明该方法能很好的解决高反光的检测问题。

傅里叶变换轮廓术中零频对三维面形测量精度的影响

傅里叶变换轮廓术是一种测量物体表面三维形貌的技术,它只需要一幅干涉图即可对整个范围进行分析,其测量系统简约,分辨率高,计算机处理数据快,计算精度高,且具有很强的非接触测量优势,从而得到广泛的应用.本文采用了双色正弦条纹投影技术来消除零频的影响,该方法同传统的π相移方法相比,不需要相移装置,测量系统简单,能真正实现高速测量.本文从理论和实验上阐述了零频对三维面形测量精度的影响.

用矩阵条件数求解相移最佳采样方式

应用相移干涉术测量物体相位时 ,相移量与相移帧数存在着最佳取值问题 ,即最佳采样方式 ,它决定着系统抗扰动和降低误差的能力 用系数矩阵的条件数衡量相位测量误差矩阵与强度探测误差矩阵方程的性态 ,即光强方程组对扰动的敏感程度 ,经数学推导及论证 ,得出结论 :当系数矩阵为正交矩阵时 ,相位计算的误差最小 ,或者说在等间距满周期采样情况下 ,具有最强的抗噪音能力 在推导出最佳采样方式后 ,对系数矩阵的条件数与采样方式之间的关系进行了计算机模拟 。

一种采用相位测量轮廓术的工件在线三维检测方法

提出了一种基于相移轮廓术在线检测工件三维信息的方法.利用计算机编程产生的一固定正弦光栅图通过数字投影机投射在流水线的一段区域,无需专门的相移装置,当物体在线移动穿过此区域时,使用计量光栅等距离定位发信,控制CCD采集五帧变形条纹图,并采用具有一定特征的标记实现五帧变形条纹图间的亚像素级像素匹配,提取相移变形条纹图,由Stoilov算法计算,得到工件表面截断相位,展开后可得到物体表面三维信息.实验验证了其可行性.

改进的三频三步相移结构光三维重建方法

针对结构光三维重建中的传统三频三步相移方法需要投影过多编码图像、效率低的问题,提出了改进的三频三步相移结构光三维重建方法。该方法与传统三频三步方法均需要3种频率的正弦条纹图,但条纹图数量只需5张,即最高频率的条纹图3张,但初始相位不同,剩余频率的条纹图各1张。较传统方法的9张条纹图投影效率提高44.44%。随后推导了该方法的求解原理,由最高频的3张条纹图直接求得重建所需包裹相位,另外两张条纹图用于对包裹相位进行展开,理论上该方法与传统三频三步算法具有相同的精度。最后进行了4组实验,验证了该方法的重建精度、复杂不连续模型重建能力、不同光照环境中的重建稳定性以及对彩色物体重建能力。结果证明该方法在有效提高测量速度的同时保证了和传统三频三步方法一致的精度和适应性。