下载文档原格式
基于时间相位解包裹的条纹投影三维测量方法研究三维测量技术影响着生活方式、生产方式,其中具有非接触、快速、高精度、低成本、操作简单等优点的数字条纹投影三维形貌测量技术,更是成为了研究的热点,在快速测量、工业检测、质量控制、虚拟现实、反向工程、生物医学等领域被广泛应用。
随着生活质量的提高、工业生产的发展,对数字条纹投影三维形貌测量技术的要求越来越高,期望能够更快速,更高精度的测量。
在数字条纹投影三维形貌测量技术中具有较高的可靠性和测量精度的是基于时间相位解包裹方法的条纹投影测量技术。
但是,该方法投影和采集的条纹图数量较多,处理的数据量大、测量时间较长,无法进行快速、实时和动态测量。
本论文针对基于时间相位解包裹方法的条纹投影测量技术实现快速,高精度测量的关键问题展开研究。
1.详细研究线性增长法、拟合指数法、拟合负指数法时间相位解包裹方法的原理,这些方法需要采集和处理大量的数据,测量速度慢。
基于此,本文提出一种如何减少数据获取时间的方法。
该方法在四步相移条纹的基础上增加了两幅条纹图,六幅条纹图可以得到一个包裹相位和一个辅助相位,利用两相位间的联系能够得到一个频率是包裹相位一半的新的包裹相位。
也就是说,该方法的一套条纹可以得到两个不同频率的包裹相位。
拟合指数法、拟合负指数法需要log<sub>2</sub> s（s为条纹的最大周期数）套条纹,在采用四步相移的情况下,则需要4log<sub>2</sub> s幅条纹图。
而本方法需要3log<sub>2</sub> s,减少了log<sub>2</sub> s幅条纹图,可以缩短投影和采集时间、数据处理时间,一定程度上提高测量速度。
通过实验证明了该方法的可行性。
2.详细阐述了双频外差法和三频外差法的原理,并分析了每种方法的不足。
双频外差方法中相位主值的误差限制了使用高频条纹进行高精度的测量,三频外差方法,虽然可以使用高频条纹,但是两次的外差操作会放大主值相位的误差,可能会造成外差相位不够准确,进而会使展开的连续相位出现跳跃性误差。
相移条纹投影三维形貌测量技术综述毛翠丽;卢荣胜;董敬涛;张育中【摘要】结构光三维形貌测量系统目前得到了越来越广泛的应用和研究,相移条纹投影三维形貌精密测量技术是其重要的发展方向.对结构光相移条纹投影三维形貌测量系统的应用发展、工作过程、不同系统构成方式、相移条纹的各种形式及特点、相位误差校正方法、不同相位解包裹算法及其优缺点和适用场合、测量系统数学模型的实现方法及其相应的优缺点、高动态范围测量技术等进行了详细的分析.对相移条纹投影系统的工作流程、实现方法、关键技术的发展及其存在问题等进行了比较全面的梳理,为三维形貌精密测量技术进一步满足先进制造中更高精度的要求指出了后续的研究方向.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】13页(P628-640)【关键词】计量学;三维形貌测量;相移轮廓术;相移条纹;相位解包裹;误差修正【作者】毛翠丽;卢荣胜;董敬涛;张育中【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;南阳理工学院机械与汽车工程学院,河南南阳473004;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TB92;TP391.41 引言光学三维形貌测量技术在工业三维测量、文物保护、逆向工程、质量控制、医疗诊断等众多领域中具有广泛的应用，随着计算机技术、投影技术、激光技术、数字图像获取设备等的快速发展，多种光学三维测量技术已经进入商业应用阶段，同时各种新的三维测量方法还在不断涌现。
光学三维测量方法是通过运用适当的光学和电子仪器非接触地获取被测物体形貌的方法和技术[1～2],主要分为被动三维测量和主动三维测量方法。
被动三维测量技术无需辅助的结构光照明设备，直接从多视角二维图像序列中提取物体的三维信息。
四步相移法是一种在相位解包裹问题中常用的技术，尤其在条纹投影形貌测量等领域有广泛应用。
由于用周期性变化的黑白条纹编码整幅图像，导致通过相移法获得的相位主值包裹在[-pi,pi]之间，相位不具备唯一性，此时就涉及相位展开，即解包裹的问题。
具体来说，四步相移法的操作步骤如下：首先，选择三种光栅频率；然后进行相位差值运算；最后进行相位展开。
此外，还有一种在求解相位时使用多步相移法的方法，并在额外的一幅编码图像中，将标记条纹级数的编码嵌入到相移量中。
解码时，通过分析各像素点处不同相移的光强信息序列，可以求解该点处的编码相移量，从而获得绝对相位。
光学传感三维面形测量非接触三维自动测量是随着计算机技术的发展而开展起来的新技术研究，它包括三维形体测量﹑应力形变分析和折射率梯度测量等方面。
应用到的技术有莫尔条纹、散斑干涉、全息干涉和光阑投影等光学技术和计算机条纹图像处理技术。
条纹投影以及各种光阑投影自动测量技术在工业生产控制与检测、医学诊断和机器人视觉等领域正占有越来越重要的地位。
本实验是利用投影式相移技术，对形成的被测物面条纹进行计算机相移法自动处理的综合性实验。
【实验目的】通过本实验了解投影光栅相位法的基本原理;了解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。
对于非接触测量有一定的感性认识。
【基本原理】投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位---高度的转换。
根据相位检测方法的不同，主要有Moire 轮廓术、Fourier 变换轮廓术，相位测量轮廓术，本实验就是采用了相位测量轮廓术。
相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。
基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。
基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。
1.1相位测量轮廓术的基本原理将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。
这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。
采集变形条纹并对其进行解调，从中恢复出与被测物表面高度变化有关的相位信息，然后由相位与高度的关系确定出高度，这就是相位测量轮廓术的基本原理。
投影系统将一正弦分布的光场投影到被测物体表面,由于受到物面高度分布的调制, 条纹发生形变。
光学传感三维面形测量实验GCS-SWCL实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印光学传感三维面形测量1. 引言非接触三维自动测量是随着计算机技术的发展而开展起来的新技术研究，它包括三维形体测量﹑应力形变分析和折射率梯度测量等方面。
应用到的技术有莫尔条纹、散斑干涉、全息干涉和光阑投影等光学技术和计算机条纹图像处理技术。
条纹投影以及各种光阑投影自动测量技术在工业生产控制与检测、医学诊断和机器人视觉等领域正占有越来越重要的地位。
本试验是利用投影式相移技术，对形成的被测物面条纹进行计算机相移法自动处理的综合性实验。
2. 实验目的通过本实验了解投影光栅相位法的形成机理；了解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。
对于非接触测量有一定的感性认识。
3. 基本原理投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位---高度的转换。
根据相位检测方法的不同，主要有Moire轮廓术、Fourier变换轮廓术，相位测量轮廓术，本实验就是采用了相位测量轮廓术。
相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。
基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。
基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。
相位测量轮廓术的基本原理将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。
这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。
采集变形条纹并对其进行解调，从中恢复出与被测物表面高度变化有关的相位信息，然后由相位与高度的关系确定出高度，这就是相位测量轮廓术的基本原理。
先验知识辅助的条纹投影动态三维形貌测量楚冬娅;张广汇;宋仁杰;张晓松;应晓霖;李勇【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2022(49)8【摘要】为改进条纹投影动态三维测量系统性能,根据动态物体三维形貌测量的特点提出了两步法测量方案:1)通过测量运动前物体或CAD模型,获得物体初始三维形貌及二维图像中特征点对应的三维坐标;2)进行物体运动变化过程的三维测量。
通过检测动态图像中的特征点,根据二维、三维坐标对应关系计算物体不同时刻的运动参数,再由初始形貌估计出物体的近似形貌,以此来计算该时刻条纹图的近似相位。
然后结合该近似相位及实际条纹的截断相位计算得到展开相位,最后获得该时刻物体的三维形貌。
与时间相位展开法相比,该方案在相同测量精度下提高了测量速度;而与空间相位展开法相比,该方案在相同测量速度下提高了测量可靠度,并且不受条纹不连续影响。
采用DLP投影仪和高速摄像机搭建了静态、动态双模式三维测量系统,实现了1280×1024点及70 f/s的三维形貌测量。
实验结果表明该方案不但可以对刚体运动物体进行测量,而且对非刚体运动物体,只要其形变引起的条纹变化不超过半个周期也能够测量。
同时,提出的方法对相邻时刻物体位姿变化有较大的容限。
【总页数】9页(P55-63)【作者】楚冬娅;张广汇;宋仁杰;张晓松;应晓霖;李勇【作者单位】浙江师范大学信息光学研究所;浙江省光信息检测与显示技术重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN206【相关文献】1.相移条纹投影三维形貌测量技术综述2.条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取3.基于数字条纹投影的三维形貌测量技术研究与实现4.基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法5.基于彩色条纹投影术的三维形貌测量因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
用于三维测量的快速相位解包裹算法王霖;韩旭;伏燕军;黄春志;史耀群【摘要】减少条纹投影轮廓术的条纹图数量一直是本领域的研究热点.传统的时间相位解包裹算法,一般需要额外的条纹信息来确定条纹级次,导致条纹图数量过多.提出一种用于三维测量的快速相位解包裹算法,只需要N步标准相移正弦条纹图,就可以完成绝对相位的计算.首先,利用标准相移算法计算包裹相位和消除背景的掩膜;然后,直接利用包裹相位和掩膜,根据连通域标记算法计算条纹级次,进而求得绝对相位.该方法最少只需3幅条纹图,就可以完成三维测量,数据处理速度快.计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】7页(P271-277)【关键词】三维测量;相位解包裹;条纹投影;相移【作者】王霖;韩旭;伏燕军;黄春志;史耀群【作者单位】南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学测试与光电工程学院,江西南昌330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学测试与光电工程学院,江西南昌330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学测试与光电工程学院,江西南昌330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学测试与光电工程学院,江西南昌330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学测试与光电工程学院,江西南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TN29;TP274引言条纹投影三维测量方法，又称条纹投影轮廓术(FPP)，具有非接触、低成本、高精度和高效率的优点，因此被广泛应用在三维测量中[1-4]。
通过投影仪将条纹投影到被测物体表面，条纹由于受物体高度的调制发生变形。
相机采集变形的条纹图像，然后通过计算机对其进行处理，解调出物体高度的相位信息，再结合系统标定参数获得物体的三维高度信息[1-2]。
条纹位相检测技术条纹图位相检测技术潘兵办公室：主南104邮箱：panb@b@b d内容概述什么是条纹图，为什么要分析条纹图？ 条纹图位相检测方法傅立叶变换法时间相移方法窗口傅立叶变换法相位展开结论条纹无处不在现代光测力学中的光弹法、云纹法、散斑干涉法、全息法、投影云纹法的测量结果都是直接以条纹形式给出：二维云纹干涉仪投影条纹图维云纹干涉仪光弹条电子散斑条纹图纹图合成孔径雷达干涉测量术(Interferometric Synthetic Aperture Radar , InSAR)InSAR的原理简述：I SAR是种用于大地测量和遥感InSAR是一种用于大地测量和遥感的雷达技术。
将卫星和航空器两个不同轨道位置或不同时间获得的复数合成孔径雷达（synthetic aperture radar ，SAR) 数据进行相位差分处理,从这些差分干涉数据中可以提取大地变形和或者分涉数中以提变和或高度数据。
该技术可获得分米量级的变形信息。
在自然灾害（如地震、火山爆发、地质滑坡、冰川运动）的地理监测以及大型结构工程的沉陷和稳定性监测上有重要应用。
连续的力学（物理）量光程（位相）变化z 主应力差（光弹性）z 位移（ESPI）z 位移梯度（Sheaography）z 折射率相长干涉（亮点）相消干涉（暗点）周期性的条纹图如何从光强周期性分布的条纹()()(),,,cos I x y a x y b x y =+图像恢复连续的位相？是条纹位相分析的主要研究内容。
Matlab 实例一：由连续位相到周期条纹条纹图的数学表示：()()()(),,,cos ,I x y a x y b x y x y ϕ=+⎡⎤⎣⎦(),I x y —条纹图中任一点的光强，为已知量。
(),a x y —条纹图中任一点的背景光强(),b x y —条纹图中任一点的调制光强(),x y ϕ—条纹图中任一点的待测相位，与待测物理量相关问题：一个方程（已知量），三个未知量，如何确定相位？题个方程（知），个知，如确定相位Φ(x,y)=2k π, cos[Φ(x,y)]=1 Æ局部光强极大值Φ(x,y)=－2k π, cos[Φ(x,y)]=－1 Æ局部光强极小值即同一条纹中心线上各点相位相等相邻条纹条纹图可以理解为相位等值线，即同一条纹中心线上各点相位相等，相邻条纹中心线之间具有相同的相位差。
线结构光3d相机算法1.引言1.1 概述概述:随着科技的不断进步和人们对于三维视觉信息获取的需求日益增长，线结构光3D相机成为了一种流行的三维测量设备。
这种相机利用投射的结构光和相机接收的图像来获取目标物体的三维形状和纹理信息。
相比于传统的测量方法，线结构光3D相机具有高精度、高速度和非接触等优点，被广泛应用于工业制造、机器人导航、虚拟现实等领域。
本文将重点介绍线结构光3D相机的算法。
在原理介绍部分，将详细阐述线结构光原理的基本概念和工作原理，包括光源的选择、结构光投影模式和相机的成像原理。
在算法描述部分，将重点讨论相机标定、三维重建和纹理映射等关键算法。
通过对这些算法的深入解析，读者将能够更好地理解线结构光3D相机的原理和工作流程。
本文的目的在于帮助读者全面了解线结构光3D相机算法的基本原理和应用。
无论是学术研究还是工程实践，对于这些算法的掌握都至关重要。
通过本文的学习，读者将能够掌握线结构光3D相机的关键算法，进而应用于实际问题中。
接下来的正文部分将详细介绍线结构光3D相机的原理和算法描述，读者将逐步了解到线结构光3D相机是如何利用结构光和相机图像进行三维测量的，从而获得目标物体的三维形状和纹理信息。
最后的结论部分将对本文的内容进行总结，并展望线结构光3D相机在未来的发展方向。
总之，本文将通过对线结构光3D相机的算法进行深入介绍，帮助读者全面了解线结构光3D相机的原理和应用。
无论是对于科研人员还是工程师来说，对于这种三维测量设备的掌握将会对他们的工作产生重要的帮助。
希望本文能够为读者在相关领域的研究和实践提供有价值的参考。
1.2文章结构文章结构是指文章的组织框架和部分标题的选择，它在一定程度上决定了读者对文章内容的理解和把握。
本文将围绕线结构光3D相机算法展开，主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对整篇文章进行概述，介绍线结构光3D相机的基本原理和算法在三维重建领域的应用。
通过引言，读者可以初步了解文章的主题以及本文的研究目的和意义。
