曹益平[1]2003年在《基于数字微镜的位相测量轮廓术》文中研究表明光学叁维传感是一个重要的研究领域，其中采用结构照明的叁维传感方法，包括位相测量轮廓术(PMP)、傅立叶变换轮廓术(FTP)、调制度测量轮廓术等近年来受到了极大的重视。数字微镜器件(DMD)及数字光处理技术(DLP)作为实时空问光调制器在光学信息处理和光学叁维传感领域具有广泛的应用前景。本文重点研究了采用数字微镜作为结构照明的位相测量轮廓术，分析了数字微镜的时空特性、强度和颜色传递特性，提出高精度和快速测量的方法。所取得的主要研究结果包括： 1、对DMD的时空特性进行了系统分析，重点讨论了时空特性对结构照明型叁维传感应用的影响，通过实验验证了分析结果的正确性。 2、提出了基于DMD位相测量系统的调制传递函数概念，并在此基础上提出了正确获取正弦光栅的实时自适应校正方法，大大提高了测量的精度和自动化程度。 3、提出了基于数字微镜叁色投影的快速叁维测量新方法。新方法无需相移装置，无相移误差，只需投出去一互相错相120度的红绿蓝叁色正弦光栅合成条纹图，且仅需采集一幅彩色变形条纹图像，采用图像解码技术便可获取叁维数据。 4、研究开发出了一种采用数码相机获取条纹图像的高分辨率PMP测量系四川大学博士论文摘要统，大大提高了叁维数据的解析度，有利于减少位相展开的极点，提高了PMP测量精度，并应用于井底模式测量、人体心脏标本测量等，具有很强的实用性。 5、从实用性出发，对基于数字微镜的位相测量装置进行了仪器化设计考虑。
马勃[2]2009年在《基于数字微镜的位相轮廓测量术的光学系统的研究》文中研究表明采用结构照明的光学叁维传感技术,包括位相测量轮廓术(PMP)、傅立叶变换轮廓术(FTP)、调制度测量轮廓术(MMP)等近年来受到了极大的重视。数字微镜器件(DMD)及数字光处理技术(DLP)作为实时空间光调制器在光学信息处理和光学叁维传感领域具有广泛的应用前景。由于LED具有发光效率高,单色性好,体积小,功耗低,寿命长等特点,在投影显示系统的应用中有着传统光源无法替代的优点。但是由于LED的外形和发光特性等与现有的投影仪难以匹配,使得LED无法应用于现有的照明系统,限制了投影系统小型化的发展。为了满足实际工业,科研中测量微小物体的需要,本文研究了以LED为照明光源,以复眼透镜为均光元件,以数字微镜为空间光调制器,以相移技术为基础的叁维轮廓测量术的光学系统。所取得的主要研究结果包括:1.将LED的应用扩展到一个新的领域—叁维轮廓测量术,并对相关光学系统进行了分析研究。2.分析了基于数字光投影,叁维测量光学系统的主要光学器件的特性,讨论了关键参数—对比度及其与照明角度的关系。3.完成了以LED作为照明光源,复眼透镜作为均光器件,采用临界照明方式的照明系统的设计。4.设计、组装并调试了基于相移技术的小型叁维测量系统。
周利兵[3]2003年在《PMP中相移算法与误差分析研究》文中研究说明相位测量轮廓术(PMP)是一种基于条纹投影和位相测量的光学叁维面形测量技术，由于其具有非接触、全场性、速度快、高精度、自动化程度高等特点，这种技术已在工业检测、机器视觉、逆向工程等领域获得广泛应用。 在实际应用中PMP测量精度受到相移的准确性、投影光场的正弦性、探测器响应的非线性、相移算法选择的合理性、数码相机调焦误差等因素的影响。本文对PMP中的相移算法和位相误差进行了系统的分析和研究；对近年来PMP系统中采用的数字光投影器和数码相机，从位相误差的角度进行了研究；得出了一些有益的结论。本文研究的主要内容和结果如下： 1．对探测器非线性响应引入的位相测量误差进行了理论分析和数值模拟，比较了标准N帧相移算法对这一误差的抑制能力，得出了标准N帧相移算法对探测器N-1阶以下非线性响应不敏感的结论。 2．介绍了相移算法的一种设计方法：特征多项式法。运用特征多项式法设计出了叁种能同时抑制相移误差和谐波(或探测器非线性响应)影响的误差补偿新算法，数值模拟验证了新算法对误差的抑制效果。 3．介绍了数字微镜器件(DMD)的时间空间特性，讨论了采用DMD投影系统投影正弦光栅条纹时DMD的时空特性对PMP的影响，得出了具有指导意义的结论。 4.指出PMP系统中采用数码相机拍摄变形光栅条纹图时自动调焦误差会对位相测量精度造成影响，提出了理论分析方法并给出了数值模拟结果，讨论了减小或避免这一误差的办法。
王军[4]2004年在《航空发动机叶片叁维轮廓测量方法研究》文中指出航空发动机叶片质量是影响发动机性能一个重要因素,如何实现航空发动机叶片叁维轮廓自动测量是目前一个新的研究方向。本文在考察航空发动机叶片制造技术与测量技术现状的基础上,提出了以光学非接触测量为手段,介绍了目前光学叁维轮廓测量技术的现状与发展。投影光栅相移测量技术通过直接分析变形光栅得到物体高度信息,因其原理简单,测量速度快并且提供物体叁维信息量丰富等优点,所以本文以投影光栅相移测量技术为方向,将本文工作定位在用投影光栅相移测量技术来测量航空发动机叶片叁维轮廓数据。 在详细分析投影光栅相移测量技术原理基础上,从航空发动机叶片整个测量系统出发,提出了航空发动机叶片测量系统平台构成,根据光学投影技术的发展,本文在原有机械式正弦投影光栅系统基础上,提出了全数字化(DLP)正弦投影光栅系统,为后续双频和条纹编码技术理论和实验研究提供了基础。 投影光栅相移测量技术中最重要的环节就是位相提取和位相展开方法,在经典位相提取算法的基础上,提出了基于平均技术的误差补偿相移算法,该方法经过实验验证能够有效的抑止图像噪声并且提高位相提取的精度;在位相展开方面,针对位相中存在不能够识别的间断点情况或者图像噪声方面,提出了区域相关位相展开方法,详细描述了其位相展开方法原理,实验验证其有效地克服位相中间断点和噪声对位相展开的影响。 针对常规相移技术不能够适应物体复杂面形的测量并且在投影光栅相移测量技术发展方向基础上,提出了双频光栅与编码光栅在叶片测量中的应用。在双频测量技术部分,提出双频投影光栅测量技术的实施方法和具体实验验证;在编码技术部分,提出了编码方案、研究编码特性、给出条纹编码与相移技术相结合方法并给出实验验证。通过实验分析两种方法在物体复杂面形方面的测量比常规相移技术具有优越性。 在投影光栅相移测量技术系统参数标定方面,不仅给出航空发动机叶片测量系统参数标定的过程,还对于投影栅线节距修正和基于坐标变换的物体叁维数据拼接做了详细的描述,实验部分通过叁个实验内容验证了该系统在测量物体叁维数据方面具有不可取代的优越性,同时分析了测量系统误差因素并给出相应的解决办法。
许平[5]2006年在《提高数字光投影傅里叶变换轮廓术精度的方法研究》文中研究表明随着科技进步和工业生产的发展，在许多领域人们需要获取物体的叁维面形信息，如机器视觉、产品质量控制、工业自动检测、实物仿形、生物医学检测等，因此，发展快速、高精度、非损伤的叁维面形测量技术成为当今科研领域中的一个热点。基于条纹投影的傅里叶变换轮廓术(Fourier TransformProfilometry，简称FTP)由于具有单帧获取、全场分析和高分辨率等优点，成为光学叁维传感的基本方法之一。同时，计算机软、硬件的迅速发展，以及数字投影仪(DLP)、电荷耦合器件(CCD)等高性能器件的出现以及数字图像处理技术的广泛应用，使得傅立叶变换轮廓术倍受人们的关注并成为叁维面形测量技术中最重要和最活跃的研究领域之一。由于傅里叶变换轮廓术涉及傅里叶变换和频域滤波等操作，频谱混迭、相位展开、测量精度等问题一直是实际使用该方法过程中的关键问题。 本文深入研究了基于数字光投影的FTP，主要做了以下工作： 详细分析了当采用数字光投影仪作为FTP的投影系统时，数字光投影仪的非线性对FTP测量的影响，并使用了一种校正方法(伽马校正)基本上消除了这种非线性在FTP测量中引入的测量误差。算机模拟和实验验证了本文所述校正方法的有效性。同未采用校正方法相比，条纹被校正后再进行FTP处理，重建的物体叁维面形精度较高。说明了在进行FTP测量前，对测量系统伽马校正的必要性和有效性。 由于基于双色正弦投影的快速FTP，既可以保证FTP的瞬时测量特性又扩
李健兵[6]2004年在《基于投影条纹的物体叁维形貌精密测量方法的研究》文中研究指明叁维形貌测量技术已广泛应用于机器视觉、智能机器人控制、工业检测、生物医学等方面。人们对莫尔轮廓术,位相测量轮廓术,傅里叶变换轮廓术等叁维形貌测量技术进行了大量的研究;由于具有很高的精度,位相测量轮廓术是其中一种重要的方法。在该方法中主要的研究热点和难点是寻找可靠的相位解包裹方法、提高相位测量精度及高精度的系统标定的方法,本文就这几个问题进行讨论,取得的研究成果如下: 1.推导了一种利用双频投影条纹莫尔特性的相位解包裹方法,能够简便地把主值相位场恢复为真实的相位场。 2.提出以双频投影条纹的条纹级数为坐标轴建立级数坐标系的分析方法,使得条纹级数及其误差的描述变得非常的直观。在条纹级数坐标系内,利用贝叶斯估计的方法对相移法求解的相位(条纹级数)进行修正,得到很好的效果。 3.提出一种对参考面(或标定面)相位进行修正的方法。拟合参考面(或标定面)上点的位置—相位关系,利用该关系对参考面(或标定面)相位进行修正,能够很好地去除相位误差。 4.提出一种新的系统标定的算法。通常的标定方法是标定出系统的真实物理量,本方法根据实际需要标定出系统参数的组合,使得标定方法简便且标定精度高。 5.提出并实现了一种通用投影系统仿真图制作方法,并根据该方法制作仿真图对本文提出的方法进行验证。
李宇翔[7]2007年在《基于C6000系列DSP的PMP测量系统》文中提出位相测量轮廓术(PMP)是一种基于条纹投影和位相测量的光学叁维面形测量技术，由于其具有非接触、全场性、速度快、高精度、自动化程度高等特点，这种技术已在工业检测、机器视觉、逆向工程等领域获得广泛应用。在PMP测量中，常采用数字投影仪通过计算机VGA视频接口控制产生正弦相移光栅投影，并用专用图像采集卡采集变形条纹图，由于计算机显示器与投影仪共用一个VGA视频接口，当投影正弦光栅时，计算机难以同时操作测量软件与采集图像，目前解决的办法由两种，一种方法是采用另一台计算机专门控制投影仪，主计算机控制应用软件系统，实现数据获取与处理，这种系统不宜实现仪器化；另一种方法是采用专用的双频显卡，用VGA视频接口控制显示器，而用DVI接口控制投影仪，并通过编制专用应用软件，实现显示器信息与投影仪信息的分离显示，这种系统由于需要采用专用的硬件和软件，兼容性不是很好。为此，从仪器化角度出发，对传统的PMP测量系统进行了改进，利用TI公司TMS320C6000系列DSP的高性能图象处理芯片TMS320DM642实现PMP系统，投影仪完全不依赖计算机视频接口，而是直接由DM642的视频显示端口控制实现相移图像的投影，同时由DM642视频采集端口直接与CCD相连接实现图像采集以获取变形条纹图像，不再需要传统的嵌入在PC机端的图像采集卡及PC机，实现了仪器化设计。本文研究的主要内容如下：1．比较了几种PMP系统的结构，提出了对传统的PMP系统的改进。2．介绍了基于DM642的PMP系统核心模块的实现，DM642的视频采集与视频显示端口、UART以及它们驱动程序设计，介绍了系统的自启动设计和相移图像产生的算法实现。3．从强度传递函数出发，分析了它对PMP测量系统精度的影响。通过强度传递函数补偿方法可得到正弦性很好光场分布，减小了位相测量误差。4．考虑到投影光场不稳定性对PMP测量系统的影响，利用DM642的高速图像处理性能，在DM642的内部对采集到的图像进行多次平均，以减小投影光场的不稳定影响给测量带来的误差。并用实验进行了对比验证，表明平均算法减小了投影光场的稳定性给系统带来的测量误差，提高了本系统的测量精度。
章寒清[8]2006年在《基于多频投影条纹的物体曲面测量方法研究》文中研究说明叁维形貌和尺寸是物体重要的特征之一。近年来,叁维轮廓测量技术得到迅速发展,现已广泛应用于工业,农业,生物医学等多方面领域。其中结构光测量技术以其固有的非接触性、高精度、高速度、易于实现自动化等优点受到越来越广泛的重视,成为叁维测量领域中的常用手段,其中,莫尔轮廓术、相位测量轮廓术(PMP)、傅里叶变换轮廓术(FTP)等叁维形貌测量技术成为了研究热点。在PMP中,寻找可靠的相位解包裹方法,提高测量精度是研究人员相当关注的问题。本文就这几个问题进行研究和讨论,取得了如下的研究成果:1.推导了一种利用多频投影条纹莫尔特性的相位解包裹方法,该方法通过分析条纹级数与相位之间的关系,可以不需要传统的解包裹,直接从多频投影条纹的非整数条纹级数得到全场各点的绝对相位值。并且该方法对投影条纹的频率几乎没有限制,可以满足不同试验条件的要求;2.实现了采用多步相移法得到相位主值,并与传统的四步相移法进行了比较,可以有效减少相位误差,提高测量精度;3.通过理论分析和实验研究,讨论了云纹效应产生误差的规律,探寻实验中减小云纹效应的方法。实验结果表明可以通过调整实验光路以及投影仪和摄相机的参数减小云纹效应,从而提高测量精度;
李勇[9]2006年在《相位测量轮廓术关键技术及应用研究》文中研究表明光学叁维传感具有广阔的应用前景，并且逐渐普及。采用结构照明的叁维传感方法，包括相位测量轮廓术(Phase Measurement Profilometry，简称PMP)、傅立叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry，简称FTP)、调制度测量轮廓术(Modulation Measurement Profilometry，简称MMP)等，近年来受到了极大的重视。 相位测量轮廓术根据观察物体上条纹的变形情况来测量物体叁维形貌。它通过多幅相移条纹图来计算得到截断的相位，再通过相位展开算法将截断相位展开为连续相位，最后根据一定的算法从相位分布中恢复物体的实际叁维面形。本论文的工作是在已有的研究工作基础上，重点研究了相位测量轮廓术中的条纹投影及获取，相位展开，相位一高度映射关系，测量系统标定等关键技术，分析了影响相位测量轮廓术测量精度的因素，讨论了双传感器数据融合及叁维测量数据计算全息可视化中的隐藏面问题等实际应用问题。主要研究成果如下： 1．通过实验研究数字微镜器件的时空特性对相位测量轮廓术的影响，分析了DLP采用的时分复用脉宽调制技术，投影光场在时间上不恒定，但周期性变化的规律。最后得到，在PMP中摄像机的积分时间应该为投影仪刷新周期的整数倍才能获得高的测量精度。 2．深入研究了可靠度导向的相位展开算法。提出一种采用虚拟队列的新算法设计，使相位展开速度提高了至少20倍，在某些情况下可提高100多倍，而相位展开的可靠度却没有降低，有利于PMP系统在复杂面形测量中的实际应用。 3．深入研究了PMP测量系统的标定原理，提出了一种大视场PMP测量系统的现场标定方法。该方法只采用一块小的平面标定靶在测量体积内比较随意地摆放多次即可实现测量系统参数的标定。研究了双摄像机数据融合方法和黑白摄像机获取彩色纹理的方法。提出以调制度为依据，检测测量数据的有效范围。根据PMP测量仪的特点，提出了数据拼接区的选择原则及采用加权平均进行数据融合的方法。 4．深入研究了PMP测量系统的模型，首次提出了一种新的相位—高度映射关系。该算法采用多项式表示相位、高度关系，实验表明它有较高的精度。提出一种光栅畸
赵首博[10]2014年在《成像前光学调制方法与视觉测量应用技术研究》文中提出视觉测量作为机械测试主要手段被广泛应用。随着现代高端装备制造的不断发展,要求视觉测量技术更高精度,更高效率,更智能,更柔性。本文在反射式成像理论研究的基础上,提出了成像前光空间调制、成像前光波长(频率)调制和时域像素复用研究方法。设计了一套自适应高动态范围成像系统,应用于消除镜头眩光效应。设计了一套可调谐多光谱成像系统,应用于彩色视觉测量。主要研究内容如下:研究多视点反射式成像原理,在几何光学模型下推演其成像规律和成像准则。以大尺寸瓷砖的几何测量为例,阐述多视点反射式成像理论在视觉测量应用中的具体实现方法。根据DMD的多视点反射成像特点,提出了基于DMD的多视点反射式成像的典型结构,并论证了应用DMD成像所需遵守的斜置场面成像条件。研究成像前光学调制方法。包括:①光线空间调制,描述了空间光线调制结构和工作原理,提出了DMD与CCD像元之间的匹配与校准方法,并设计了光线空间调制测试实验;②光波长(频率)调制,描述了光波长(频率)调制结构和工作原理,提出了光谱标定方法,并设计了光波长(频率)调制测试实验;③时域像素复用,描述了时域像素复用的工作原理,并与普通成像方式进行仿真比较实验,说明了时域像素复用技术的动态成像优势。研究视觉测量的自适应高动态范围成像应用。设计了双臂式自适应高动态范围成像系统结构,通过研究成像系统中的高亮眩光的发生原理、主要来源及其光分布特点,提出了基于双臂式自适应高动态范围成像系统消除高亮反射面诱发镜头眩光造成的寄生图像的方法。研究视觉测量的可调谐多光谱成像应用。设计了基于DMD的可调谐多光谱成像系统结构,结合色度学理论,进行了反射光谱测量的应用技术研究和提高视觉对比度的应用技术研究,实验结果证明了基于DMD可调谐多光谱成像系统在视觉测量应用中的技术优势。
参考文献：
[1]. 基于数字微镜的位相测量轮廓术[D]. 曹益平. 四川大学. 2003
[2]. 基于数字微镜的位相轮廓测量术的光学系统的研究[D]. 马勃. 长春理工大学. 2009
[3]. PMP中相移算法与误差分析研究[D]. 周利兵. 四川大学. 2003
[4]. 航空发动机叶片叁维轮廓测量方法研究[D]. 王军. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2004
[5]. 提高数字光投影傅里叶变换轮廓术精度的方法研究[D]. 许平. 四川大学. 2006
[6]. 基于投影条纹的物体叁维形貌精密测量方法的研究[D]. 李健兵. 国防科学技术大学. 2004
[7]. 基于C6000系列DSP的PMP测量系统[D]. 李宇翔. 四川大学. 2007
[8]. 基于多频投影条纹的物体曲面测量方法研究[D]. 章寒清. 国防科学技术大学. 2006
[9]. 相位测量轮廓术关键技术及应用研究[D]. 李勇. 四川大学. 2006
[10]. 成像前光学调制方法与视觉测量应用技术研究[D]. 赵首博. 天津大学. 2014