1 河北工业大学 机械工程学院，天津 300130
2 赫德斯菲尔德大学 精密技术中心，赫德斯菲尔德 HD13DH
数字条纹投影技术由于其非接触、测量精度高等特点在生物医学监测、虚拟现实以及计算机视觉等领域中应用越来越广泛。但其仍存在一定局限性，例如测量深度范围受限和投影仪存在非线性误差。二值离焦技术很好地克服了条纹投影三维测量中的非线性问题，但二值图像的高次谐波分量会造成测量误差。文中提出一种基于抖动算法的多频相位选择方法，该方法利用离焦抖动技术减少二值图像的高次谐波，避免投影仪非线性误差的影响；同时采用不同抖动算法及扫描方向调制得到二值图像，通过对比周期为12~60 pixel范围内的条纹图像在25个离焦程度下的展开相位误差分布，筛选出相应图像频率的离焦选择范围，最终确定不同离焦程度下条纹频率的最优选择。对于深度为22.5 cm被测物体进行了实验，正确恢复了大深度物体的三维形貌。实验结果表明：文中所提出的方法能有效地扩展测量深度范围，从而实现大深度范围被测物体的三维形貌测量。
三维测量 条纹投影 离焦 抖动 相移法 three-dimensional measurement fringe projection defocusing dithering phase shift 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230059
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041009
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春希达电子技术有限公司, 吉林 长春 130103
4 季华实验室, 广东 佛山 528200
为解决LED显示屏在低灰度条件下出现图像亮度损失、灰阶跳变等问题, 提出一种运用抖动矩阵的LED显示屏低灰度图像增强处理算法。首先, 根据LED显示原理和传统抖动算法图像增强原理, 提出LED显示屏“小数灰度级”的概念, 接着根据测试等相关手段获得使各像素点显示效果增强的“小数灰度级”数据, 运用抖动矩阵在4帧图像中按照“误差最小原则”实现其相应的“小数灰度级”。然后, 采用亚像素抖动技术进一步降低了画面抖动给人眼带来的闪烁感。最后, 用Matlab软件对算法进行对比仿真, 验证了算法的可行性与有效性。实验结果表明, 该算法对LED显示屏低灰度级灰阶过渡不均匀现象有明显的改善效果, 将灰度级10以下的灰度显示能力提升为原来的4倍, 同时将LED显示屏的最小可控灰度级亮度变为原来的15%~25%, 提升了LED显示屏的对比度。
LED显示屏 抖动矩阵 小数灰度级 亚像素抖动技术 LED display screen dithering matrix decimal gray-level sub-pixel dithering technology
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 国家光学仪器工程技术研究中心，浙江 杭州 310027
离焦抖动技术有效避免了商用投影仪引入的非线性效应，能够实现高速动态测量，但是离焦后的二值抖动条纹和标准正弦条纹并不完全贴近，测量过程中会有一定的偏差。针对这个测量误差问题，本文提出一种基于改进二进制蚁群算法的优化方法，从相位域对二值离焦抖动技术进行优化改进，较好地提高测量精度。通过对小尺寸二值块的优化替代整个优化过程，提高优化效率。仿真和实验结果证明：本方法在不同离焦情况下都能实现有效的三维测量。
二值图像 改进二进制蚁群算法 抖动 三维形貌获取 binary image Improved binary ant colony algorithm dithering three-dimensional topography acquisition
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 国家光学仪器工程技术研究中心, 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
针对离焦二元编码技术中条纹图案的高次谐波分量会引入测量误差的问题, 提出了一种通过阈值优化抖动算法生成二元图像的方法.引入参数γ动态调整阈值, 考虑图像不同像素灰度值对抖动算法的影响, 改善离焦后抖动图像条纹的正弦性.仿真和实验结果表明: 在引入参数γ=50时, 离焦后的阈值优化抖动算法条纹具有更好的正弦性; 相比传统Floyd-Steinberg抖动算法, 在条纹周期为40 pixel时, 该方法所得相位均方根误差减小0.013 7 rad, 且对模型凹陷突变区域成像更清晰, 显著提高了物体表面还原的图像质量.
结构光 离焦 相移法 阈值优化 Floyd-Steinberg抖动算法 Structured light Defocus Phase shift Threshold-optimized Floyd-Steinberg dithering
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
离焦抖动优化技术不仅能消除投影仪的非线性误差,而且不受投影仪刷新率的限制。然而抖动算法本质上只是一个简单的矩阵变换,导致离焦后的二值抖动条纹并不完全接近正弦条纹,产生了一定的测量误差。基于此,提出了一种基于离散粒子群算法的优化方法,对二值离焦抖动技术进行优化。为了加快优化过程,用二值块的优化来代替整个二值图案的优化,然后再利用正弦条纹图案的周期性和对称性,将二值块拼成一个完整的图案。仿真和实验结果表明:所提方法在不同的离焦程度下,都能获得高质量的测量结果。
测量 三维图像获取 二值图像 粒子群优化 抖动 中国激光
2019, 46(10): 1004003
1 中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院光电信息处理重点实验室，沈阳 110016
为了提高二值散焦光栅的正弦性，本文基于传统图像半色调领域的Floyd-Steinberg 误差扩散抖动算法，提出了一种新的误差扩散算法。首先扩大误差扩散核以减小正弦光栅二值化的量化误差，同时抑制非对称纹理；然后采用线性分配的误差扩散系数来进一步平滑光栅，增强光栅的弥散效果。软件仿真和实验结果表明，与传统Floyd-Steinberg 抖动算法相比，所提算法进一步平滑了光栅，减小了三维测量的相位误差。
散焦投影 抖动算法 三维重建 误差扩散 defocusing projection dithering algorithm three-dimensional (3D) reconstruction error-diffusion
1 西北工业大学自动化学院， 陕西 西安710072
2 中航工业西安飞行自动控制研究所， 陕西 西安 710065
在机抖激光陀螺(DRLG)捷联惯导系统(SINS)中，陀螺的抖动偏频会引起伪圆锥运动。分析了伪圆锥运动对捷联惯导系统旋转矢量计算的影响，并推导了其表达式。通过数值计算，分析了影响伪圆锥误差的因素，提出了机抖激光陀螺抖动频差的匹配原则，以实现伪圆锥误差最小化。基于该匹配原则，面向工程实际问题提出了一种机抖激光陀螺抖频调谐技术。仿真分析和实验结果表明，选用一种主体抖动轮并按需选配调节构件，该技术可满足系统对陀螺抖动频差的匹配要求，同时不会对陀螺整体外形尺寸和抗振性能造成任何影响。与传统方案相比，进一步提升了机抖激光陀螺，尤其是小型化机抖激光陀螺的工程化水平，降低了生产成本。
激光光学 机抖激光陀螺 捷联惯导系统 伪圆锥运动 抖频匹配 频率调谐 中国激光
2016, 43(10): 1001003
西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
三维扫描技术获取的三维轮廓数据体积较大, 不便于三维数字博物馆数据的实时传输和显示。针对这个问题, 提出了基于复合抖动技术的三维轮廓数据压缩方法。首先, 利用虚拟结构光投影系统实现三维轮廓数据的图像存储。然后, 对图像的不同通道使用不同的抖动技术进行处理, 并将结果保存到8位灰度图中主要的3位或者3幅1位逻辑图中, 实现三维轮廓数据的进一步压缩存储。实验表明, 与提供的三维模型格式相比提出方法的数据压缩比高达75.9∶1, 非常适合三维轮廓数据的实时传输、重建与显示。
三维轮廓数据 数据压缩 虚拟结构光投影 相位编码 抖动技术 three dimensional profile data data compression virtual structured-light projection phase encoding dithering technique 强激光与粒子束
2016, 28(7): 079002
1 东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096
2 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
投影仪散焦技术克服了实时光栅投影三维测量中的投影仪非线性问题，但散焦产生的高次谐波会大大降低散焦光栅的正弦性，带来明显的测量误差。提出了采用“S”形扫描Sierra Lite抖动算法生成二值抖动光栅，较大地改善了散焦后光栅的正弦性，将该抖动技术生成的散焦光栅用于传统的相移算法，基于投影仪散焦投影，得到用于三维测量的绝对相位信息。仿真结果验证了该方法的有效性，改善了散焦光栅的正弦性，提高了相位质量。实际测量实验与仿真结果相一致。与已有的Bayer有序抖动和Floyd-Steinberg抖动生成的光栅相比，所提算法运算速度快，生成光栅正弦性较好，更加适用于散焦投影测量。
测量 Sierra Lite抖动算法 光栅投影 散焦 条纹分析
