基于投影光栅相位法的三维物体表面轮廓测量系统的研究

摘要

随着计算机技术和信号处理技术的不断发展,利用机器视觉检测技术进行物体三维表面轮廓形状的测量在各个领域的应用日益广泛.用于机器视觉检测技术的测量方法有多种,其中相位测量法以其测量精度高、速度快而成为最有前途的三维轮廓测量方法之一.本论文主要研究的就是投影光栅相位法测量系统,主要从理论和实际测量系统的建立等方面作了研究:分析了各种相位测量方法的数学模型,以及高度和相位之间的转换关系,并针对FTP工程测量方法及工程测量过程中遇到的问题进行了深入研究.研究了测量系统中摄像机拍摄图象的景深问题,建立了图象中离焦面区域的距离与所产生的相位误差之间的关系,从而提高了系统的测量精度.研制了由LCD投影仪、CCD摄像机、图象采集卡和工作台等组成的三维物体测量系统硬件装置,并用Visual C++6.0开发了测量系统软件;实现了系统调整、系统标定、图象处理及图象分析等功能的集成.通过实际测量验证了测量系统的可靠性.对系统误差和随机误差的产生进行分析,并提出了改进方案.为进一步完善相位法,提出了将小波变换用于FTP中.描述了小波变换的原理,并采用db4小波对所拍摄的图象进行处理,用以去除背景光的影响,以及指导变频投影光栅的选择和柔性自适应性光栅的构造.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2相位法基本概念及分类

1.2.1莫尔条纹法

1.2.2卷积解调法(Demodulation and Convelution Method)

1.2.3相移法(Phase-shiftiong)

1.2.4傅立叶变换轮廓法(Fourier Tranfom Profiometry)

1.2.5时间外差法(Temporal heterdying mdthod)

1.3本课题研究背景、意义和主要研究内容

1.4各章节的内容安排

第二章相位法的原理及FTP工程测量方法的研究

2.1相位法测量的基本原理

2.2相位的求解方法

2.2.1卷积解调法的相位求解

2.2.2相移法的相位求解

2.2.3 FTP法的相位求解

2.3 FTP工程测量方法的研究

2.3.1测量系统高度z标定

2.3.2测量系统平面(x，y)标定

2.3.3频域滤波

2.3.4逐点增长解相

2.4本章小结

第三章景深对相位法测量系统影响的研究

3.1离焦范围与相位误差的关系

3.1.1离焦面的物距公式

3.1.2离焦面的物距与相位误差的关系

3.2用于机器视觉检测的图象清晰度评价函数的创建

3.2.1图象灰度差分绝对值之和算法

3.2.2图象灰度方差算法

3.2.3图象灰度熵算法

3.3实验过程及分析

3.4本章小结

第四章系统软硬件的设计与开发

4.1系统硬件设计

4.1.1测量系统结构设计

4.1.2系统硬件设备的选择

4.2系统软件设计

4.2.1软件开发平台及开发语言的选择

4.2.2软件总体设计及主要模块的实现

4.2.3系统测量软件概述

4.3本章小结

第五章影响测量精度的因素及测量系统误差分析

5.1测量系统误差分析

5.2光栅自身参数对测量的影响试验

5.2.1背景光强的影响

5.2.2光栅条纹对比度的影响

5.2.3光栅节距的影响

5.3系统测量精度验证

5.3.1标准平面测量精度验证

5.3.2标准圆柱体测量精度验证

5.4本章小结

第六章小波变换在相位法中的应用

6.1小波变换原理概述

6.1.1连续小波变换

6.1.2小波级数

6.1.3离散小波变换及快速小波变换算法

6.1.4二维小波变换

6.1.5小波基的选择

6.2小波变换在相位法中的应用

6.2.1小波变换在相位法中滤波的应用

6.2.2小波变换在相位法中多分辨率的应用

6.3本章小结

结论

致谢

参考文献

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