河南工业大学信息科学与工程学院,河南 郑州 450001
相移轮廓术由于其高测量精度和高鲁棒性已广泛应用于各个领域。然而,由于需投射多幅条纹图到物体表面,因此要求物体在测量过程中保持静止。另一方面,当重建高反光运动物体时,不仅出现过曝光现象,过曝光位置还将随着物体运动而变化,对测量提出了挑战。基于此,提出一种测量高反光运动物体的算法。过曝光位置随着物体运动变化意味着并非所有条纹图都存在过曝光。首先,投射双频率条纹图到运动物体表面并拍摄。其次,识别所有条纹图中的过曝光区域,并记录物体上每一点的非过曝光条纹图。再次,基于非等间隔相移的非过曝光条纹图进行相位提取,获得双频率相位分布。最后,对双频率相位分布进行运动补偿,并基于双频率解包裹算法实现正确解包裹,完成高反光运动物体三维重构。实验结果表明,该算法能有效减小高反光运动物体引起的测量误差,具有较高的工业应用价值。
条纹分析 三维重构 相移轮廓术 高动态范围 过曝光 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0412005
红外与激光工程
2023, 52(12): 20220891
云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明650500
针对传统方法中检测变形油画的表面形貌时需要将油画布拆卸下来的情况, 提出了一种油画表面三维形貌无损检测的方法。应用结构光三维检测技术获取油画表面的绝对相位分布, 使用最小二乘法拟合二次曲面作为参考面, 再将绝对相位与参考面的差值作为实际相位, 从而得到油画表面的高度分布。实验结果表明, 该方法能够在不拆卸油画画布的情况下实现无损检测, 对于不同变形程度的油画均具有较理想的检测效果。
结构光三维检测 相移轮廓术 最小二乘法 油画表面 无损检测 structured light 3D detection phase shifting profilometry least squares method oil painting surface non-destructive testing
武汉科技大学信息科学与工程学院,机器人与智能系统研究院,湖北 武汉 430081
为了快速、准确地获取空间不连续物体的三维信息,提出了一种既包含相位级次又包含相对相位的混合编码方法。在传统相移轮廓术的基础上,根据De Bruijn序列将相位的级次信息调制到相移图片中,序列的长度为相位的周期数,其中每一个码元对应一个周期的相位。计算得到相对相位后,将每个周期所对应的码元组成的序列与原序列进行匹配,码元在原序列中的位置则为该周期相位的级次。该方法不需要投影额外的图片来编码相位的周期级次,仅根据投影的相移图片,就可获取相位展开所需要的相位级次以及原始相对相位。实验结果表明,本文方法在只投影拍摄4张图片的情况下,可以还原多种形状的待测物体的三维形貌,重建平板的标准差为0.319 mm。
测量 结构光 相移轮廓术 混合编码 De Bruijn序列 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1312002
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210179
四川大学电子信息学院光电系,四川 成都 610065
正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位。但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论。为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测量的影响,推导了带有非线性误差的相位表达式,并分析了两个方向相位相互串扰的原因。在此基础上,分别研究了抑制非线性误差的主动校正法和被动校正法,提出了可消除2阶非线性误差的双5步相移法,并利用基于统计分析的伽马校正法确定系统伽马值,主动改变正交条纹编码来抑制非线性误差。同时,完成了两种方法的对比,计算机仿真和实验结果表明,主动伽马校正法更实用。
测量 相移轮廓术 正交光栅投影 非线性分析 相位分析 相位误差校正 光学学报
2021, 41(14): 1412002
1 河南工业大学 信息科学与工程学院,河南 郑州 450001
2 华中师范大学 国家数字化学习工程技术研究中心,湖北 武汉 430079
相移法可实现静态物体三维形貌的高精度重构,对于运动物体形貌重构则误差较大。其根本原因为相移法需要多个条纹图进行物体重构,而传统相移法理论没有包含物体的运动信息,无法描述物体运动对相位的影响。导致当物体在条纹图间发生运动时测量误差较大。针对以上问题,提出了一种利用物体运动信息对多个二维运动物体进行三维重构的新方法。不同的被测物体可具有不同的运动轨迹。首先,对多个被测物体进行识别并确定目标区域;然后,采用KCF算法对物体进行跟踪并使用SIFT算法提取物体运动前后的特征点,分别估计描述物体运动的旋转平移矩阵。将运动信息带入条纹描述方程中,获得包含运动信息的三维重构模型,最终采用最小二乘法提取正确的相位值。结果证明:该方法能有效地减少由物体运动引起的测量误差,扩展了三维测量的应用范围,具有较高的工业应用价值。
相移法 三维重构 相位测量 条纹分析 phase shifting profilometry 3D reconstruction phase measurement fringe analysis 红外与激光工程
2020, 49(3): 0303011
四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
针对当前单帧条纹技术存在的精度受到影响等问题及传统相位测量轮廓术受多帧采集限制的情况, 提出了一种基于单帧变形条纹的空间等步相移轮廓术。先提取所采集的单帧变形条纹图的零频成分, 通过滤除背景光并归一化处理, 可获得振幅为常数1的纯交流正弦变形条纹, 当该纯交流正弦变形条纹与该条纹顺延若干像素后的正弦变形条纹相加时, 根据和差化积即可获得一幅新的具有一定相移量的纯交流正弦变形条纹, 依此反复即可获得5帧相移变形条纹, 从而可以利用5帧相移解相算法重构待测物体的三维面形。实验验证了本方法的可行性和实用性。与传统相移轮廓术相比, 所提方法仅需要获取一帧变形条纹图, 无需采集多帧变形条纹, 可以实现实时三维测量, 而与傅里叶变换轮廓术相比有更高精度。
单帧条纹 三维测量 空间相移 相移轮廓术 实时测量 single-shot pattern 3D measurement spatial phase shift phase shifting profilometry real-time measurement
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 南阳理工学院机械与汽车工程学院, 河南 南阳 473004
为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等,符号相反的两幅主值相位图,二者运算后误差得以抵消,与多频法相结合从而得到精确的绝对相位值。采用标准平面对提出的方法进行实验验证,并与最近提出的希尔伯特变换补偿方法以及典型相位补偿方法进行比较。实验结果表明,所提方法能有效提高相位测量的精度和速度。通过对自由曲面以及表面不连续物体进行相位误差补偿,进一步验证了该方法的可行性和有效性。
测量 相移条纹轮廓术 非线性相位误差 反向误差补偿法 多频法