基于全场条纹反射的镜面物体三维面形测量综述

随着集成电路、汽车行业、先进制造和天文学的发展,条纹反射术被广泛应用于测量镜面物体的三维形貌。条纹反射术通过反射条纹图中的相位信息计算被测镜面物体的局部斜率或深度信息来恢复物体的三维形貌。为全面了解条纹反射术研究的最新进展,本文综述了条纹反射的基本原理、反射条纹产生的方式、相位的计算方法、系统参数的标定和斜率积分获得深度数据,同时介绍了不依赖积分过程的直接条纹反射术。通过具体的应用和实例,指出了条纹反射术的优缺点。最后,指出了条纹反射术未来的研究方向。该综述文章为深入研究镜面反射物体的三维面形测量提供了有益的参考。

不规则镜面物体的三维重建关键技术研究

对于不规则镜面物体,由于所拍影像纹理信息不丰富采用近景摄影测量方法进行三维重建不是最佳方案。本文基于结构光的测量方法,结合近景摄影测量探讨不规则镜面物体三维建模的关键技术问题,研究推导了像点到物方空间三维点的数学模型。该方法继承了传统摄影测量方法的优点,其灵活性以及无需匹配同名点的特点。

基于特征匹配的非连续镜面物体三维测量

提出了一种基于特征匹配的非连续镜面物体三维(3D)测量方法,在保证测量精度的同时避免了不连续物面之间的积分错误问题。首先,采用图像分割方法和立体偏折术,将非连续镜面物体分割为若干个连续物面,并通过梯度积分独立计算各连续物面的3D形貌。然后,利用双目视觉技术计算连续区域内特征点的绝对空间坐标,精确定位不连续物面之间的相对位置关系。同时,提出了一种极线约束与特征描述子相结合的特征匹配方法,克服了无纹理镜面物体误匹配率高的问题。最后,结合各连续物面的形貌和空间位置重建非连续镜面物体的3D形貌。实验结果表明,本方法可以获得较好的无纹理匹配结果,且能有效实现非连续镜面物体的高精度测量。

镜面物体往复通过弱湍流大气系统的成像

分别利用部分相干理论、以广义椭球波函数为基础的Ｋａｒｈｕｎｅｎ－Ｌｏｅ′ｖｅ展开和相干成像理论研究了弱湍流像差大气照明系统互强度函数传输特征和位于湍流介质中镜面物体成像规律。

条纹反射法测量镜面手机外壳多尺度三维形貌

对基于条纹反射的镜面物体三维形貌测量进行了研究,测量并分析了镜面手机外壳不同横向空间分辨率的三维形貌。由计算机控制液晶显示屏生成正弦条纹图像,用CCD相机记录由待测镜面物体反射的变形条纹图像并进行相位解调。相位分布受物体表面梯度调制,对相位数据进一步求导和积分可以分别得到表面曲率和高度分布。通过带通滤波分析,可以分解得到样品不同横向空间尺度的三维形貌,为加工工艺改进提供定量依据。对镜面手机外壳的测量结果表明,本文方法具有很高的灵敏度和很大的动态范围,高度方向分辨率可达亚μm量级。在普通实验条件下,能够同时得到表面形状缺陷、喷漆质量以及微观痕迹的定量数据;曲率分布数据特别适合于对任意形状镜面物体表面形貌瑕疵的检测定位。

基于直接相位测量术的系统参数标定方法

基于条纹反射的相位测量术被广泛用于获取镜面物体的表面三维形貌数据,系统标定是相位测量术中重要的一步,它直接决定了测量结果的精度。提出一种基于相位信息获得系统模型中未知参数的方法,建立相位和深度间的直接关系,并对比了采用相位信息和传统几何特征标识点棋盘格标定显示屏外部参数的准确度,证明了在离焦状态下,采用相位信息的方法具有更高的精度。使用标定好的系统测量了一个凹面镜和一个具有不连续反射表面的台阶工件,得到系统测量结果的误差约为22μm。实验结果表明所提方法可以精确地标定系统参数,并能获得高精度的三维测量数据。

一种立体相位偏折测量系统标定方法

相位偏折测量系统的标定是影响其测量精度的重要因素。针对立体相位偏折测量系统中显示屏和相机位姿关系标定困难的问题,研究了一种新的系统标定方法。通过在显示屏上构造特征点,引入摄影测量系统作为显示屏坐标系与相机坐标系的转换中介,实现了显示屏坐标系与相机坐标系转换关系的高精度标定。搭建立体偏折系统进行标定精度验证,得到的重建表面平面度结果小于1μm,这证明了本标定方法的可行性和有效性。

基于调制度的显微光滑表面面形测量方法

设计了一种适用于光滑表面的调制度显微测量系统,系统包括两个远心镜头、一个半透半反镜、一个显微物镜、一个CCD相机和一个DMD数字投影仪。由远心镜头和显微物镜结合将数字投影仪产生的条纹图像成像到显微物镜物面,得到虚拟的标准条纹图,待测表面对该虚拟条纹图的反射像将沿显微物镜光路返回进入CCD像平面,待测物体在高精度一维平移台的控制下沿光轴移动,根据相移算法可以从获取的条纹图中计算出每个位置的图像调制度,通过查找调制度最大值对应的位置,即可完成待测物点的三维形貌测量。实验结果表明该显微调制度测量方法能获得高精度面形,特别适用于微小形貌剧烈变化物体面形测量。