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基于施密特正交化的光纤干涉条纹图相位重构方法的研究与应用

2020-12-09阅读(259)

基于施密特正交化的光纤干涉条纹图相位重构方法的研究与应用

论文摘要

基于光纤干涉条纹结构光投影的三维测量法由于投影条纹余弦性好、结构灵活以及环境适应性强等优点,在针对小尺寸物体的三维测量中具有一定的优势。随着该项技术的不断发展,在工业应用中对待测物体的尺寸体积、相位重构速度及精度等各方面都提出了更高的需求。本文在小尺寸物体三维测量应用前景下,将施密特正交化法应用到光纤干涉条纹图相位重构中进行研究,并基于该方法开发了一套三维测量系统,本文主要工作如下:（1）通过基于马赫-泽德（Mach-Zehnder）光纤干涉仪结构与杨氏双缝干涉原理的条纹结构光投影系统于小视场范围内完成高密度干涉条纹投射;并利用高速摄像机采集任意时刻的条纹图像进行相关预处理:通过高斯函数变换法对条纹图像较暗区域进行对比度增强,利用中值旋转滤波在不影响条纹法向余弦分布的前提下进行噪声有效滤除。（2）利用施密特正交化法对干涉条纹图像进行相位信息提取,并设计了一种基于条纹等值线剪切的最小二乘相位解包裹算法实现对待测物体的全场相位快速精确重构。该方法能有效克服光纤干涉系统易受温度波动、环境振动等因素影响而引起的相位漂移问题;且该方法通过自适应高斯高通滤波器消除了低零频背景分量,较好地解决了傅立叶轮廓术法易产生的频谱混叠而导致测量误差的问题。（3）搭建基于光纤干涉条纹结构光投影的三维测量系统,结合相位-高度标定参数实现对系统数学模型参数标定,并针对小尺寸物体进行了测量实验,与傅立叶轮廓术法测量结果进行对比。实验结果表明本测量系统在保证测量速度的同时也有效地提升了精度,适用干高精度在线三维测量。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究意义
  •   1.2 光学三维测量技术简介
  •   1.3 光纤干涉条纹投影三维测量关键技术研究现状
  •   1.4 本文主要研究内容和结构安排
  • 第二章 光纤干涉条纹投影三维测量系统原理概述
  •   2.1 光纤干涉条纹投影原理
  •     2.1.1 光纤干涉条纹产生原理
  •     2.1.2 干涉条纹性质分析
  •   2.2 干涉条纹图像预处理
  •     2.2.1 干涉条纹边界对比度处理
  •     2.2.2 干涉条纹图像中值旋转滤波处理
  •   2.3 测量系统数学建模
  •   2.4 本测量系统总体设计方案
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 光纤干涉条纹图像相位重构方法研究
  •   3.1 经典条纹图像相位提取方法简介
  •     3.1.1 傅立叶变换轮廓测量术
  •     3.1.2 相移轮廓测量术
  •   3.2 施密特正交化法相位重构原理
  •     3.2.1 施密特正交化原理
  •     3.2.2 变形条纹相位重构分析
  •   3.3 相位解包裹方法
  •     3.3.1 行列逐点法
  •     3.3.2 最小二乘法
  •     3.3.3 基于条纹等值线剪切的最小二乘法
  •   3.4 施密特正交化相位重构仿真实验
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 三维测量系统实验及结果分析
  •   4.1 三维测量系统硬件设计与搭建
  •     4.1.1 硬件系统搭建概述
  •     4.1.2 硬件系统结果演示
  •   4.2 三维测量系统相位-高度标定实验
  •   4.3 三维测量系统软件系统设计与搭建
  •     4.3.1 软件系统设计与功能分析
  •     4.3.2 软件系统界面效果显示
  •   4.4 测量系统实验
  •   4.5 测量系统对小尺寸模具三维测量
  •   4.6 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 工作总结
  •   5.2 工作展望
  • 参考文献
  • 硕士期间发表论文和参加科研情况
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王重祁

    导师: 段晓杰

    关键词: 小尺寸,施密特正交化,相位重构,干涉条纹,三维,测量系统

    来源: 天津工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

    单位: 天津工业大学

    分类号: TP391.41;O436.1

    总页数: 69

    文件大小: 5650K

    下载量: 60

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