刘元坤[1]2004年在《基于结构光投影的光学面形测量方法研究》文中研究表明基于结构光照明的光学叁维传感技术自80年代提出以来，由于非接触、快速、精度高等优点，已得到了广泛的应用，主要用于复杂漫反射表面的叁维测量。干涉测量技术作为高精度测量方法，广泛应用于光学面形检测，但通常干涉系统都需要单色光源、并且设计精密、结构复杂，造价昂贵，因此影响了干涉测量方法的进一步推广应用。 本文深入探讨了一种简单的光学面形测量方法，即基于结构光投影的光学面形测量方法。 这种方法的要点是：利用PC机显卡的双屏功能，其中一个显示由计算机产生的正弦灰度调制条纹图样，CCD记录下标准条纹图样以及由待测光学表面物体引起的变形条纹图样，由此计算出待测物体引起的变化相位，控制计算机产生竖直和水平两个方向正弦条纹，分别测量到两个方向的变化相位；根据非相干光成像原理推导出光学面形梯度与变化相位的对应关系，然后通过数值积分重建所测面形，从而完成对光学面形的测量。由于条纹为计算机产生，因此可以灵活方便地调节条纹的方向和周期，从而灵活地调节测量精度，并且可以实现准确相移。 本文分别研究了两种光学面形，即透明相位物体波前测量以及反射面形测量，解决了相位展开以及面形重建等关键技术问题。计算机模拟和实际测量验证了该方法的可行性。四川大学硕士学位论文摘要 与传统的干涉计量相比较，该方法具有结构简单、成本低、灵活性高等优点，特别适用于非球面光学面形和波前变化范围较大的光学面形测量。并且可以预计随着显示屏和探测器分辨率的提高，该方法的测量精度还可以进一步改善，因此该方法拥有广阔的应用前景。关键词:波前测量梯度面形测量相移技术非相干成像数值积分*本文的工作得到国家自然科学基金与中国工程物理研究院联合基金资助马
吴艳[2]2012年在《结构光投影叁维测量方法的研究》文中研究表明叁维测量在工业、虚拟现实、文化遗产保护、服装制作以及医疗诊断等领域的应用已经相当广泛。目前提出的叁维测量方法中，相位测量轮廓术存在由于相移不准以及光场的非正弦性都能够产生测量误差的问题，因此测量时就需要引入精度比较高的相移装置以及标准的正弦光栅。傅里叶变换轮廓术虽然具有更高的灵敏度，但在保证各级频谱之间不会混迭的情况下限制了测量范围。编码法存在空间邻域内特征点的影响，所以编码图像的识别及解码比较困难，并且使得系统的测量误差增大，也存有分辨率低以及受到景物表面反射率不相同和颜色的影响等缺点。本文在分析现有的叁维测量方法之后，提出了一种基于面结构光投影的非接触快速叁维测量的方法。测量原理就是先在目标物体的表面投影面结构光，再在和投影光轴成一定角度的方向通过成像系统获取到因为物体高度变化而发生变形的图像。通过有被测物体时的变形图像与未放置物体时的图像之间的坐标变化，求得被测物体各点的高度，确定物体表面的叁维坐标，从而实现物体的叁维轮廓测量。研究工作主要包括以下几个方面：（1）介绍了所提出测量方法的基本原理，推导出了当结构光投影到被测物体表面时物点坐标、像点坐标以及结构光坐标之间的关系，给出了计算被测物体轮廓叁维坐标的公式，据此可以构建物体的叁维轮廓。同时给出了数值模拟算例。（2）介绍了所建立的投影仪-相机实验系统，通过数码照相机获取无物体时结构光投影的网格图图像以及投影到被测物体时网格图的变形图像，依据图像的像素值求得被测物体的叁维坐标数据，通过系统编程重建物体叁维轮廓，得到了比较满意的效果。实验装置简单，实时性好。
栾泽民, 张丽霞, 阿勒生·江阿别克, 李欧, 刘慧强[3]2018年在《基于光学叁维传感的组织器官面形测量及恢复》文中研究说明本文主要介绍采用基于面结构光投影的非接触快速叁维测量方法,采集医学骨组织和器官的叁维面形数据,从而获取其叁维特征结构,为其3D打印提供数据支持和科学依据。尤其,重点采用计算机模拟基于条纹投影的傅里叶变换轮廓法(Fourier Transform Profilometry, FTP)的技术路线,解决其频谱混迭和相位截断的技术瓶颈,然后搭建其光学实验平台,并结合医学组织和器官进行叁维形貌测量和恢复实验研究。
曲芳, 钟金钢[4]2006年在《基于数字彩色结构光投影的唇动叁维测量》文中提出提出了基于数字彩色结构光投影的动态叁维测量轮廓术,用于人在讲话过程中嘴唇的叁维测量。介绍了彩色编码轮廓术的基本原理,再通过分色和条纹细化处理,实现了对动态不连续嘴唇的测量。实验验证了测量方案的有效性。
沈洁云[5]2013年在《快速飞行体叁维成像系统设计》文中研究说明通过叁维面形测量技术可以重构弹丸出膛后的叁维轮廓形貌,分析弹丸的挤压及烧蚀情况。本课题的主要研究任务是研制出一套对高速飞行弹丸的表面形貌信息进行采集的成像系统。本文提出了基于激光照明的光栅投影技术和飞行体表面变形条纹多角度图像采集技术的快速飞行体叁维成像系统方案,采用傅里叶变换轮廓术进行解相,并在MATLAB中进行了仿真,在此基础上探讨了系统中各个参数对精度的影响,为后续的系统设计提供了数值参考。由于投影条纹的质量对叁维面形测量系统的精度有直接的影响,短脉冲条纹投影装置是叁维成像中的关键部件。设计了两套用于产生条纹的光路：基于双光纤干涉原理的条纹投影装置；基于光栅成像原理的条纹投影装置。通过实验验证了两套条纹装置都能较好地恢复物体的形貌。考虑到系统的实际使用环境,选取抗震性好、视场面积较大、条纹空间频率一致性好,产生的条纹更能满足FTP解调要求的基于光栅成像原理的条纹投影装置,结合具体测量要求,设计了投影镜筒,完成短脉冲光源的相关参数计算和选型。根据测量时对视场和物空间分辨率的需求,计算CCD相机和镜头所要达到的相关参数并完成了选型。为了使条纹投影装置的闪光时刻和变形条纹成像系统的曝光时刻与飞行体抵达视场中心的时刻达到同步,对整套系统工作的时序过程进行了分析,然后通过ICP DAS公司的PCI-TMC12(A)卡中的定时计数器实现时序控制功能。根据相交型叁角测量系统的光路需要,完成了底板和六面体支架等机械结构设计。搭建基于工控计算机的相交型叁角测量光路成像系统,对完成的叁维成像系统进行动静态试验。试验证明系统对静态物的测量精度初步达到要求；采集到的动态实弹数据经过后续处理得到的结果与预期基本相符,证明了此系统适用于对动态过程的面形测量。
王焘, 陈文静[6]2012年在《利用小波变换实现基于结构光投影的S变换轮廓术》文中指出S变换是一种集合了窗口傅里叶变换和小波变换优点的时-频分析技术,将一维的信号映射到二维的时-频空间,具有良好的时频分辨能力。由于S变换谱和傅里叶变换频谱之间存在直接联系,且具有类似于小波变换的多分辨率能力,S变换可以通过快速傅里叶变换算法实现,也可以通过小波变换算法实现。研究了基于小波变换算法的S变换在基于结构光投影的叁维光学测量中的应用,给出了理论分析,特别讨论了S变换中频率因子的选择,并同基于快速傅里叶变换算法的S变换轮廓术结果进行了比较。完成了计算机模拟和实验研究。
谌秋菊, 陈文静, 钟敏, 苏显渝[7]2013年在《二维窗口傅里叶变换轮廓术和二维S变换轮廓术比较》文中进行了进一步梳理窗口傅里叶变换和S变换都是常用的时频分析技术.窗口傅里叶变换采用大小固定的时频分析窗口对信号在时域和频域进行处理.S变换采用受到信号瞬时频率控制的可变窗口对信号进行分析,它集合了窗口傅里叶变换和小波变换的优点.论文对比分析了基于"脊"处理思想的二维(2-D)窗口傅里叶和2-D S变换在基于结构光投影的光学叁维面形测量中的应用.推导了他们用于条纹图相位场计算的表达式,并对比了他们的叁维重建效果.模拟和实验都表明:基于"脊"处理的二维S变换方法比二维窗口傅里叶变换方法有更高的相位提取精度,即使分析严重噪声污染的条纹,采用二维S变换也能得到满意的叁维重建效果.
唐燕, 陈文静[8]2007年在《应用神经网络的复杂物体叁维测量》文中研究指明将神经网络引入基于结构光投影的复杂物体叁维面形测量。在测量过程中,利用神经网络强大的函数逼近能力,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位分布信息,获得物体的叁维面形分布。应用神经网络方法,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的叁维面形测量。该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术,不存在滤波操作,不会在测量过程中丢失被测物体的高频分量,具有更高的空间带宽积和灵敏度,能准确测量出复杂物体的细节,更加适用于恢复复杂物体的叁维面形。并且该方法在条纹图存在阴影的情况下与傅里叶变换轮廓术相比,能更好地提取出物体的相位信息,恢复物体的叁维面形。模拟及实验均验证了该方法的可行性。
王焘, 陈文静, 钟敏, 苏显渝[9]2012年在《基于结构光投影的二维S变换轮廓术》文中指出S变换是一种集合了窗口傅里叶变换和小波变换优点的时-频分析技术,目前一维S变换已成功应用于结构光投影的条纹相位解调中。由于二维S变换可以对图像在两个方向上进行时频分析,具有更优于一维S变换的分析和处理能力。为了完善S变换的条纹相位解调理论,将二维S变换方法引入到基于结构光投影的叁维光学测量中,研究了二维S变换在条纹相位解调中的原理及应用,给出了详尽的理论分析,并同一维S变换结果进行了比较。模拟和实验都表明,在条纹图解相中,二维S变换比一维S变换提取的相位精度更高,即使在存在较严重噪声污染的情况下也表现出良好的可靠性,体现出二维S变换提取相位的优势。
符红[10]2013年在《结构光投影叁维轮廓测量系统的标定》文中研究表明结构光投影叁维轮廓测量技术具有非接触性、无损耗、高灵敏度、高测量精度、自动化程度高等优点,近年来在制造业、航空航天、文物保护、医疗、艺术雕塑和人脸识别等领域得到极大的应用。系统标定作为叁维轮廓测量系统完成测量任务的基础,是叁维测量系统与从二维图像信息恢复叁维空间信息的重要保证。所以本文从基于相移法的条纹光栅投影叁维轮廓测量的基本原理出发,重点对摄像机和投影仪标定做了详细研究。主要研究工作如下：(1)建立摄像机模型,在此基础上提出摄像机的标定算法。通过结构光投影叁维轮廓测量系统所涉及的图像坐标系、世界坐标系、摄像机坐标系之间的相互关系,并在小孔成像的原理上,建立了线性的针孔模型,同时考虑到光学畸变,建立了非线性的畸变模型。本文利用平面和图像之间的单应性,从多个角度进行拍摄无需知道标定板的运动参数即可完成对摄像机参数的求解,并根据非线性优化求出最终结果。利用MATLAB强大的图形用户界面(GUI)功能,设计摄像机的标定流程,快速有效的求解出摄像机内外参数和畸变参数。(2)建立投影仪模型,完成对投影仪的标定,获得投影仪内外部参数。在摄像机模型的基础上,将投影仪的投射过程可以看成是一个逆向的摄像机,利用摄像机参数计算出投影仪图像的标定平面特征点的叁维坐标,提取投影仪标定图像的角点获得其二维坐标,最后按照摄像机标定方法完成投影仪标定,获得投影仪的内外部参数。(3)搭建稳定可调的光学平台,完成系统标定,获得系统参数,并对实物进行了测量。编程实现了基于平面模板的摄像机标定,采用Levenberg-Marquardt非线性算法对参数进行优化,并在此基础上完成对投影仪的标定,获得相关参数。通过物理实验的验证了系统的可行性和准确性。
参考文献：
[1]. 基于结构光投影的光学面形测量方法研究[D]. 刘元坤. 四川大学. 2004
[2]. 结构光投影叁维测量方法的研究[D]. 吴艳. 西安建筑科技大学. 2012
[3]. 基于光学叁维传感的组织器官面形测量及恢复[J]. 栾泽民, 张丽霞, 阿勒生·江阿别克, 李欧, 刘慧强. 科技视界. 2018
[4]. 基于数字彩色结构光投影的唇动叁维测量[J]. 曲芳, 钟金钢. 光学技术. 2006
[5]. 快速飞行体叁维成像系统设计[D]. 沈洁云. 南京理工大学. 2013
[6]. 利用小波变换实现基于结构光投影的S变换轮廓术[J]. 王焘, 陈文静. 激光与光电子学进展. 2012
[7]. 二维窗口傅里叶变换轮廓术和二维S变换轮廓术比较[J]. 谌秋菊, 陈文静, 钟敏, 苏显渝. 四川大学学报(自然科学版). 2013
[8]. 应用神经网络的复杂物体叁维测量[J]. 唐燕, 陈文静. 光学学报. 2007
[9]. 基于结构光投影的二维S变换轮廓术[J]. 王焘, 陈文静, 钟敏, 苏显渝. 光学学报. 2012
[10]. 结构光投影叁维轮廓测量系统的标定[D]. 符红. 浙江大学. 2013
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