提高傅里叶变换轮廓术测量精度及速度的方法研究

摘要

基于光栅投影的傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry)是最近兴起的一种全场、快速、非接触的主动光学三维面形测量方法,与其他方法相比,FTP只需要采集一幅变形光栅条纹图就可以获取物体表面全场的高度信息,因此特别适合三维面形数据的实时动态测量.由于傅里叶变换轮廓术涉及傅里叶变换和频域滤波等运算,频谱混叠、测量精度、相位展开等问题一直是这种方法应用过程中的关键问题.该文深入研究了FTP中的频域滤波问题和双色正弦投影FTP,完成了以下工作:针对采用不同频域滤波窗对FTP测量精度的影响,该文比较了在有噪声和无噪声情况下,傅里叶变换轮廓术中采用不同频域滤波窗产生的测量误差分布,得出在无噪声和噪声较小时,采用平顶高斯窗滤波得到的面形精度最高,而在噪声较大时,采用汉宁窗滤波得到的面形精度最高,从而为FTP测量中频域滤波窗的选择提供了指导.针对最近提出的一种基于双色正弦投影的快速FTP,提出采用双色正弦条纹投影,利用一幅双色变形条纹消去零频的同时,自动生成一个反映物体轮廓的二元模板.通过使用此模板结合调制度信息生成可靠性模板,可以只对被测物体轮廓以内的点进行相位展开,节省了相位展开的时间,并避免了物体轮廓以外的相位不可靠点产生的相位展开错误.利用此模板还可以在物体轮廓外扩充条纹,增加参加离散傅里叶变换的有效空域数据,提高频域分辨率.

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

1.1.主动式光学三维面形测量方法

1.1.1.飞行时间法

1.1.2.光学三角法测量

1.1.3.相位测量轮廓术

1.1.4.傅里叶变换轮廓术

1.2.傅里叶变换轮廓术的研究现状和发展趋势

1.3.论文主要工作

2.傅里叶变换轮廓术(FTP)原理

2.1.相位计算

2.2.相位展开

2.3.FTP测量范围的限制

2.4.FTP测量的误差分析

2.4.1.条纹的空域有限引入的误差：频谱泄漏

2.4.2.不完善的条纹产生的误差

2.4.3.测量系统的误差

2.5.本章小结

3.FTP中频域滤波窗的研究

3.1.FTP中频域滤波的理论依据

3.2.几种典型的滤波窗形状

3.2.1.矩形窗

3.2.2.平顶高斯窗

3.2.3.汉宁窗

3.3.FTP中滤波窗选择对测量精度影响的计算机模拟

3.3.1.无噪声

3.3.2.有噪声

3.4.本章小结

4.双色正弦投影FTP的研究

4.1.双色正弦投影FTP的原理

4.2.实验结果

4.3.本章小结

5.总结和展望

5.1.论文工作总结

5.2.研究展望

6.参考文献

7.作者硕士期间发表的论文

8.致谢

9.声明