DEFORMATION MEASUREMENT USING DUAL-FREQUENCY PROJECTION GRATING PHASE-SHIFT PROFILOMETRY

2π phase ambiguity problem is very important in phase measurement when a deformed object has a large out of plane displacement. The dual-frequency projection grating phaseshifting profilometry （PSP） can be used to solve such an issue. In the measurement, two properchosen frequency gratings are utilized to synthesize an equivalent wavelength grating which ensures the computed phase in a principal phase range. Thus, the error caused by the phase unwrapping process with the conventional phase reconstruct algorithm can be eliminated. Finally, experimental result of a specimen with large plastic deformation is given to prove that the proposed method is effective to handle the phase discontinuity.

基于区域分割和编码的相位解缠方法

分析了相位解缠的原理及干涉条纹数据的特点 ,提出了一种基于中值自适应滤波、区域分割和编码的解缠方法。

基于相位编码技术的双目视觉亚像素匹配算法的研究

在立体视觉中,比较了几种常见立体匹配方法,并针对存在的问题,提出了多种方法融于一体的高效立体匹配方法。首先将计算机构造的用于解相的光栅由投影仪投射到物体上,再将计算机构造的一系列黑白相间的编码光栅也由投影仪投射到物体上;然后将畸变栅线图像由摄像机采集到计算机中,用解相光栅进行解相得到折叠在[-π,π]区间内的相主值,用所述光栅编码方法进行相展开得到相位的周期,二者相加得到真实相位值,并拟合成连续曲线,从而实现了两幅图像相同相位曲线的匹配,再根据极约束条件,得到两幅图像点,采用插值算法计算出点的精确匹配。通过对实际物品的测试实验和标准量具的测试实验,实验验证了该方法进行立体匹配的高效性和准确性。

可纠错二元光栅编码方法的研究及设计

针对相位解包裹中运用二元光栅编码结构光技术计算相位级次时,因受背景光强、噪声、被测物体表面不均匀反射率等因素的影响,导致光栅黑白交界处部分像素点的误码问题,提出了一种可纠错的二元光栅编码方法。从光栅编码方法的角度出发,依据信息论中的纠错码原理,采用汉明线性分组码,通过增加一定数量的校验元编码图案的投影,对二元编码光栅黑白交界处的误码问题进行检测并纠正,并从理论上验证了其设计方案的可行性。仿真实验表明对于只发生一位误码的像素点能予以100%检测并纠正,具有很高的可靠性。

三灰度编码相位展开方法条纹投影轮廓术

为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法。投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面,包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像,由相机采集经物体表面调制的变形条纹图。通过相机采集到的三幅变形正弦相移条纹图像计算包裹相位。通过相机采集的三灰度编码图像,经过空间灰度平均、灰度三值化、灰色伪码去除后得到三灰度编码值,在获得编码值后利用编码值的空间邻域信息进行解码后得到展开相位级次,对包裹相位进行相位展开。将由对准误差导致的错误相位点去除后得到最终的展开相位。最后,通过系统标定得到的标定系数和最终的展开相位得到被测物体表面的三维形貌。实验结果表明,与最佳三条纹结合四步相移方法相比,该方法在测量精度相当的情况下,测量速度提升了2.4倍。本文所提方法在不牺牲测量精度的同时,提高了三维形貌测量的效率,对复杂形面的快速测量具有实际应用价值。

双频外差结合相位编码的相位解包裹方法

为了使用高频条纹进行一次外差完成相位解包裹,实现高精度测量,提出了双频外差结合相位编码的相位解包裹方法。首先,用两组正弦条纹获得两个包裹相位,进行外差处理得到外差相位;其次,相位编码条纹得到条纹级次后对外差相位展开;最后,由连续的外差相位对两个包裹相位进行展开,用最高频率的连续相位求得物体的相位信息。实验结果表明:RMS误差为0.038 mm。双频外差合成的周期不需要覆盖整个视场,打破了传统双频外差方法对频率选择的限制,可以用更高频率的条纹进行高精度测量。克服了相位主值误差对使用更高频率条纹进行高精度测量的局限性。

用于非均匀条纹的二值时空编码相位展开方法

为解除现有非均匀条纹解相位方法对系统测量精度的限制,提出一种非均匀条纹的二值时空编码解相位方法。由标准非均匀条纹的截断相位反求截断相位分界线,对分界线进行二值编码与解码。采用四步相移法,只需三幅辅助编码图像即可准确获得非均匀条纹的绝对连续相位。建立非完全约束系统,利用二次多项式拟合绝对相位与物体深度关系,通过仿真实验与现有方法比较,拱桥形物体各对称点高度差值的均值和均方差分别降低了65%和51%;长方体测量误差的均值和均方差分别降低了95%和90%;同时,利用该方法对实际长方形物体表面进行测量,与三坐标测量仪的测量结果比较,平均误差仅为0.64%。实验结果表明:所述方法可提高非均匀条纹相位展开质量,在减少投影图像幅数的情况下,提高测量精度。

基于正交相移的多频外差结合相位编码的相位解包方法

条纹投影轮廓术中的双频外差法被广泛用于相位解包,为了解决双频外差解包时频率选择的苛刻条件,提出正交相移的多频外差结合相位编码的相位解包方法。使用5帧正弦条纹图提取两种频率的包裹相位,对这两个包裹相位进行外差得到一个新的包裹相位;使用相位编码对外差后得到的包裹相位进行相位解包,并根据解包的外差相位作相位展开。仿真结果表明:正交相移的多频外差结合相位编码的相位解包方法不仅能够正确解包相位,而且频率可以任意选择,投影的条纹图更少,速度更快,能够实现对目标物体的高精度测量;另外,相比现有的解包方法,还不用满足外差相位需要覆盖整个视场范围的要求。

基于经验模式分解的三频彩色条纹投影轮廓术

为实现动态物体的实时三维测量,提出了一种基于经验模式分解的三频彩色条纹投影轮廓术。将低、中、高三种频率的正弦条纹分别经投影仪红(R),绿(G),蓝(B)通道同时投影至被测物面,CCD在另一角度拍摄变形条纹图。将变形条纹图R、G、B三分量互减消减背景干扰,用经验模式分解进行颜色解耦,分离各载频项,进而以傅里叶变换解调相位。以变精度去包裹算法按低、中、高频依次完成包裹相位展开,得到高频载频项的展开相位。计算机模拟时相位解调的标准差小于0.0417rad,具有较高的测量精度;对比实验和面部表情变化实验进一步说明了方法的可靠性。该方法在单次拍摄下实现了相位的解调及高精度相位的精确展开,为动态物体的高精度轮廓测量提供了有效的手段。

基于编码光栅的空间不连续三维物体表面的绝对相位获取方法

为快速获取空间不连续三维物体表面的绝对相位,提出了一种基于编码光栅的相位展开方法。该方法只需投射一幅带有编码信息的光栅条纹图像,即可获取相位展开所必需的条纹级数信息,从而得到整个被测表面的绝对相位信息。根据相位-深度关系,可获得整个被测表面的三维信息。与基于格雷码的相位展开方法相比,该方法不依赖被测物体的灰度信息,抗噪声性能更好。该方法只需额外投射一幅编码条纹图像,更适用于对实时性要求比较高的三维测量。通过实验证明了该方法的有效性和可行性。

条纹投影法中考虑伽马非线性影响的相移编码去包裹方法

条纹形貌测量方法中广泛存在相位去包裹问题,相移编码去包裹方法兼顾了时间类方法逐点分析的鲁棒性和空间类方法的高效性,但是容易受到投影仪的伽马非线性影响。本文通过使用有限谐波模型近似非线性影响下的条纹图像,得到了一种考虑非线性影响的相移编码去包裹方法,在不增加编码图像数量的条件下能稳健地实现不连续物体的形貌测量,而且有效抑制了非线性影响造成的相位去包裹误差。仿真分析和实验结果表明在非线性影响下本文方法相比原相移编码方法显著减少了去包裹误差,证实了所提出的相移编码去包裹方法的有效性。

基于多尺度注意力机制相位展开的三维人脸建模

相位展开作为三维(3D)测量技术中的关键环节,其解析精度直接影响3D建模的精度。由于存在欠采样和相位不连续等问题,故传统空间相位展开难以得到正确的相位信息,而时间相位展开又需要额外的信息辅助。针对复杂场景中的3D人脸建模,提出了基于多尺度注意力机制的相位展开网络。在所提网络中,利用编码器-解码器结构融合多尺度特征,并在解码网络中嵌入注意力子网络以获取上下文信息。构建一个包含5000组样本的FACE数据集和一个包含100组样本的MASK数据集,每组样本均包含截断相位和连续相位的真值,这些真值可用于相位展开的训练及测试。所提网络在FACE数据集和MASK数据集上的均方根误差分别为0.0387 rad和0.0273 rad,结构相似性分别为0.9850和0.9793。在欠采样、相位不连续等区域中,所提网络可快速准确地提取相位特征,进而保证了相位展开的正确性。最后,通过对比实验证实了所提网络的有效性和可行性。