相位测量轮廓术

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。

摘要： 随着三维视觉技术广泛应用于类镜面测量,对其精度的要求也日益严苛。基于相位信息的三维视觉测量技术,向被测物表面投影条纹光,然后获取经被测物表面调制后的图像,解调出待测物的相位信息,进而重建物体三维信息。通过论述相位测量轮廓术(PMP)和相位测量偏折术(PMD)的原理和检测流程,分析出该检测系统的误差来源。重点论述了4种PMD系统模型,用于克服相位测量偏折术的结果多义性问题。

摘要： 在相位测量轮廓术中,测量系统中投影仪等存在的非线性响应大大影响了相位测量的精度,因此,如何快速高效地消除系统中的非线性误差是提高测量精度的关键.本文建立了相位误差的精确模型,并提出了一种基于相位误差精确模型的相位提取方法,利用高步数相移算法预先标定各频谱分量的比例关系,再通过迭代运算即可得到高精度的相位分布.实验结果表明,该方法可有效补偿非线性误差,从而大大提高相位测量精度,同时,由于各频谱分量是通过高步数相移预先标定的,仅三步相移即可得到高精度相位分布,满足了快速、实时的测量要求.

摘要： 随着轨道交通在高速和重载方面的快速发展,因车轮踏面缺陷和磨损导致的列车安全问题日益突出.提出了一种基于相位测量轮廓术(PMP)的重构车轮踏面轮廓的新方法,对车轮踏面的磨耗及缺陷进行检测.通过模拟不同程度的噪声,并使用行列展开法、最小二乘法、枝切法以及改进枝切法等4种相位展开算法的仿真试验,试验结果表明,改进枝切法展开误差小,抗噪性能强,运算速度快.搭建了试验测试平台,通过重构车轮踏面和缺陷车轮踏面的轮廓图验证了改进枝切法的有效性.

摘要： 目前相位测量轮廓术中条纹周期数的选择主要依靠定性方法,难以获得最优效果及系统的应用.本文提出了一种基于误差模型的条纹周期数定量选择方法.该方法首先根据相位测量轮廓术的误差来源建立相位误差模型,利用相位误差模型计算出最大相位误差.其次通过最大相位误差与相位展开算法的约束关系推导出条纹周期数约束方程.最后根据计算出的最大相位误差与条纹周期数约束方程的相互关系,估计出最优正弦条纹周期数.实验结果表明:使用由本文方法选择出的条纹周期数,得到标准平板的最佳平面拟合结果的标准差为0.03 mm,相较于传统方法,降低了44.4％.本文所提方法能够有效提高相位测量轮廓术的测量精度.

摘要： 在线物体运动速度过快时会导致采集的变形条纹出现运动模糊,从而丢失相位信息。通过调节相机的图像采集模式可以提高相机的采集帧率,但势必会牺牲相机的分辨率。为了获得高分辨率变形条纹,采用基于最大后验概率的超分辨图像重建方法,使用高斯模型和马尔可夫-吉布斯随机场模型构建高分辨率变形条纹图的后验概率模型,通过目标函数最小化得到高分辨率变形条纹图的最优估计,实现超分辨率条纹图像提纯,最后将所有提纯后的等效相移变形条纹图用相位测量轮廓实现在线三维轮廓重构。实验结果证明了该方法的有效性。所提方法在高精度快速在线三维测量中具有很好的应用前景。

摘要： 对条纹投影动态三维表面成像技术进行了总结,分析了典型方案的特点.首先介绍了该技术的基本原理,包括系统基本结构、三维表面成像原理及相移法和傅立叶变换法这两种典型的相位提取方法.接着介绍了动态成像方案,包括高速投影方案和采用速度相对低的相机进行动态三维表面成像的方案.然后介绍了动态三维成像中绝对相位获取方法,主要是模拟和数字编码法及区域统计特性编码法.最后介绍了高精度动态相位测量方案.

摘要： 针对工件厚度与表面缺陷检测精度不足的问题,提出一种基于双投影的光栅投影缺陷检测方法。采用CCD相机采集两个方向上投影到工件表面的云纹图像,利用相移法求解两个方向的云纹图像相位,将两个方向的重建三维轮廓进行融合,实现工件表面缺陷的检测。试验结果证明:工件的厚度测量精度为0.05mm,缺陷测量精度提高到0.1mm。

摘要： 为了提高条纹投影动态3-D形貌测量精度,采用加窗傅里叶分析辅助相移的方法来减小运动导致的相移误差.首先采用加窗傅里叶分析法估计变形条纹间的实际相移量,然后采用最小二乘法估计出变形条纹的高精度相位分布,最后由估计的相位计算得到场景3维形貌.理论分析了物体运动对相移量的影响,通过仿真研究了所提方法的相移量估计精度,并搭建了实验系统进行验证.结果表明,实验中采用所提方法的相位恢复精度达到0.1673rad,比现有方法有明显提高.该方法用来提高条纹投影动态3-D形貌测量中相位精度是有效的.

摘要： 针对不规则显示表面投影的几何校正问题,提出了一种基于相位测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry,PMP)的校正算法.该算法首先用PMP得到的亮度调制确定摄像头图像中的投影有效区域,在投影有效区域内找一个最终矩形显示区域,并得到该矩形区域与原始图像的单应性变换关系;其次,用PMP得到的相位信息建立摄像头平面每个像素点到投影机缓存平面的离散映射关系;再次,把摄像头图像最终显示区域内所有像素点映射到原始图像和投影机缓存图像后,以映射点作为网格节点分别对原始图像平面和投影机缓存平面进行网格化;最后,在对应网格块之间采用纹理映射把原始图像变换到投影机缓存平面.该方法实现了不规则表面的投影几何校正.本文提出了一种基于PMP的投影图像几何校正算法,实现了在一定视角下,基本消除任意形状显示表面上投影结果的几何畸变.本文方法同样适用于多投影拼接中的几何校正问题.

摘要： 相位测量轮廓术是一种基于结构光的三维重建技术.本文针对相位测量轮廓术中的光强度饱和所引起的相位误差进行理论研究,提出根据三帧非饱和光强修复饱和帧光强度的方法,而后利用修复后的光栅光强求相位,从而达到抑制饱和所引起的相位误差,此外,该算法扩宽了现有饱和抑制算法的适用范围.最后,通过数值模拟仿真和实验验证,模拟及实验结果表明,该修复光强抑制饱和算法能够有效抑制光强饱和所引起的相位误差.

摘要： 2D AOI无法有效解决电路板检测中的一些问题,如PCB板弯曲,如虚焊和起翘.2D AOI在这些问题上不如3D的方法更为解决的彻底.现在市面上的3D AOI还没有完全普及,一方面是市场本身的原因,更大一部分原因是还达不到实用的要求.3D检测技术还主要是激光三角法,简单实用,但是速度慢,很难达到实时性的要求,所以3D视觉检测中,逐渐流行一种新的方法,叫做相位测量轮廓术.相位测量轮廓术具有精度高,鲁棒性强,实时性好等优点.

摘要： 随着人们对产品和生活的要求越来越高,3D技术已经深入到每一个领域,AOI也不例外.单单靠图像去判定电路板的好与坏已经不能满足日新月异的SMT产业.3D技术是一个新型技术,虽然方法多样,但是总体来说,一种是被动式测量,一种是主动式测量,两种方法在不同领域有不同的应用,相得益彰,各有千秋.对于AOI来说，背景环境复杂，元件特征单一，把双目立体视觉应用到3DAOI中去还存在一定的难度。激光三角法是一个经典方法，它用了最简单的数学原理，实现了高度的测量，简单实用。相位测量轮廓术由于其精度高，系统稳定，成为了SMT测量锡膏和微小元件的主流方法。

摘要： 相位测量轮廓术(PMP)是一种基于结构光且采用相移法来测量相位的方法.在相位测量过程中,由于空间和灰度上的离散化,必然会引入相位量化误差.针对这种情况,本文通过对多帧正弦波光栅和其中一帧正弦波光栅的分析和理论推导,以空间和灰度的最大量化误差为研究对象,得出相位量化误差会随着光栅总帧数、灰度动态范围和灰度级位数的增大而减小和相位量化误差与分辨率不存在单调性关系的结论,并利用仿真结果验证了结论的正确性.

摘要： SMT生产线的焊膏印刷缺陷检测可以降低最终产品缺陷率、并因早期的低返修成本而节约生产成本。SMT焊膏印刷缺陷既有位置偏移等二维缺陷，也有体积偏差，形状畸形等三维缺陷，进行三维检测要求进行高分辨率三维重建。传统基于激光三角法等方法存在低速和低可靠性的不足，本文提出了一种基于光栅投影相位测量轮廓术(PMP)结合二维图像信息的三维重建方法，机器视觉采集的二维图像可以改进重建性能、提高速度，解决相位展开、阴影区域测量等难点。仿真实验证明了本方案的快速、高精度和可靠性提高。

摘要： 本文以相位测量轮廓术为例，由摄像机模型出发，提出一个结构照明三维成像系统的高精度计算机仿真算法。对于给定的物体三维模型，首先根据系统结构，采用z缓冲技术消除遮挡和阴影部分，得到与摄像机像素点对应的物体表面采样点三维坐标。其次基于投影是摄像的逆过程这一事实，使用统一的数学模型和方法处理投影过程。根据摄像机及投影仪的内、外参数，最终得到了摄像机像素点、物体表面采样点和投影仪像素坐标三者之间的对应关系。从而实现了结构照明三维成像系统仿真，为实际系统的结构设计、调整和参数校正提供了新的途径。

摘要： 本发明提出了一种巧妙、简单却又高效的适用于相移法三维测量轮廓术的基于恒定相位编码的数字相移三维测量轮廓术相位误差检测方法。该方法的特点是，编码生成相位确定的恒定相位相移条纹图，采用投影仪将其投射到被测物体表面，采用相机采样后利用传统的包裹相位求解方法求得采样条纹包裹相位。相位求解数值解包裹后与其真值的差即为实测相位误差。本发明投影N步相移恒定相位图到被测物体表面，求解各个相位值对应采样条纹图的相位误差，采用适当的数据拟合方法就能够得到采用N步相移法进行测量时测量系统gamma效应引起的全场误差分布。该方法还能够被用于检测其它各种类型的相位误差源，并量化其对求解相位的影响。

摘要： 本发明公开了一种基于相位测量三维轮廓术的退役电池的分类装置和方法，涉及检测技术领域，装置包括检测模块、传送模块、分拣模块和数据处理终端；本发明通过检测模块采集退役电池的形状信息，通过数据处理终端计算退役电池的形变量和厚度极值点，根据退役电池的形变量和厚度极值点将退役电池进行分类，克服了传统退役电池分类中需要进行长时间的充放电测试效率的低的问题，具有测量速度快、自动化程度高并且成本低的优点。

摘要： 本发明提出了一种巧妙、简单却又高效的适用于相移法三维测量轮廓术的基于恒定相位编码的数字相移三维测量轮廓术相位误差检测方法。该方法的特点是，编码生成相位确定的恒定相位相移条纹图，采用投影仪将其投射到被测物体表面，采用相机采样后利用传统的包裹相位求解方法求得采样条纹包裹相位。相位求解数值解包裹后与其真值的差即为实测相位误差。本发明投影N步相移恒定相位图到被测物体表面，求解各个相位值对应采样条纹图的相位误差，采用适当的数据拟合方法就能够得到采用N步相移法进行测量时测量系统gamma效应引起的全场误差分布。该方法还能够被用于检测其它各种类型的相位误差源，并量化其对求解相位的影响。

摘要： 本发明公开了一种基于相位测量三维轮廓术的退役电池的分类装置和方法，涉及检测技术领域，装置包括检测模块、传送模块、分拣模块和数据处理终端；本发明通过检测模块采集退役电池的形状信息，通过数据处理终端计算退役电池的形变量和厚度极值点，根据退役电池的形变量和厚度极值点将退役电池进行分类，克服了传统退役电池分类中需要进行长时间的充放电测试效率的低的问题，具有测量速度快、自动化程度高并且成本低的优点。

摘要： 一种相位测量轮廓术中相位误差过补偿与欠补偿的解决方法，基于光学三维测量方法，通过投射光栅图像到物体表面，采集被物体表面轮廓调制过的光栅信息，还原出物体表面的高度，包括投影仪、CCD相机、待测物体和计算机，投影仪投射正弦光栅，相机采集到经物体表面高度调制后的变形正弦光栅，考虑测量过程中投影仪、相机的gamma非线性，以及测量环境光的影响，在对实际测量中对相位误差进行补偿时，投影仪向被测物体投射全黑、全白与四步相移图像，采用采集到的全黑、全白图像，计算得到环境光参数t，采用四步相移解相方法计算得到绝对相位Φ，将这两个参数带入到相位误差补偿函数中，即可得到用于补偿的相位ΔΦ。

摘要： 本发明涉及一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法，解决的是影响测量精度的技术问题，通过采用步骤一，就投影界面，使用光栅公式计算边界峰值点作为第一标定点；就参考平面畸变光栅计算光栅上下边界和条纹峰值线，通过相交线提取计算边界峰值点作为第二标定点；步骤二，根据第一标定点和第二标定点计算出投影平面与参考平面的变换矩阵H；步骤三，将参考平面的有效区域设定为标准正弦光栅，结合步骤二的变换矩阵H，逆求解出投影光栅图像，完成校正的技术方案，较好的解决了该问题，可用于相位测量中。

摘要： 一种相位测量轮廓术中相位误差过补偿与欠补偿的解决方法，基于光学三维测量方法，通过投射光栅图像到物体表面，采集被物体表面轮廓调制过的光栅信息，还原出物体表面的高度，包括投影仪、CCD相机、待测物体和计算机，投影仪投射正弦光栅，相机采集到经物体表面高度调制后的变形正弦光栅，考虑测量过程中投影仪、相机的gamma非线性，以及测量环境光的影响，在对实际测量中对相位误差进行补偿时，投影仪向被测物体投射全黑、全白与四步相移图像，采用采集到的全黑、全白图像，计算得到环境光参数t，采用四步相移解相方法计算得到绝对相位Φ，将这两个参数带入到相位误差补偿函数中，即可得到用于补偿的相位ΔΦ。

摘要： 本发明涉及一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法，解决的是影响测量精度的技术问题，通过采用步骤一，就投影界面，使用光栅公式计算边界峰值点作为第一标定点；就参考平面畸变光栅计算光栅上下边界和条纹峰值线，通过相交线提取计算边界峰值点作为第二标定点；步骤二，根据第一标定点和第二标定点计算出投影平面与参考平面的变换矩阵H；步骤三，将参考平面的有效区域设定为标准正弦光栅，结合步骤二的变换矩阵H，逆求解出投影光栅图像，完成校正的技术方案，较好的解决了该问题，可用于相位测量中。

摘要： 本发明公开了一种基于区域定位的实时相位测量轮廓术，过程为：采集多帧变形条纹图，对多帧变形条纹图分别进行二值化处理，在处理后的图像分别圈出一个矩形区域作为匹配模板中心点的运动区域，在所述运动区域内进行像素匹配得到各帧变形条纹图中与被测物体上某一点的像素一一对的应最优的区域条纹图，根据所述区域条纹图计算被测物体高度调制的相位信息及被测物体高度引起的相位变化，根据相位和高度的对应关系确定被测物体的三维物体表面面形高度分布。本发明利用二值化变形条纹图有明显的灰度特征的特点，对像素匹配区域的进行处理，使得后期遍历像素点的范围减小，在保证精度的前提下，提升了像素匹配的效率及实时相位测量轮廓术的效率。

摘要： 本发明公开了一种基于模拟退火算法的实时相位测量轮廓术，将条纹图投影到在参考平面运动的被测物体上，采集多帧变形条纹图，通过模拟退火算法进行像素匹配得近似区域条纹图，以近似区域条纹图的中心点为基准圈定运动区域，在所述运动区域内进行像素匹配得到最优区域条纹图，根据所述最优区域条纹图计算被测物体高度调制的相位信息及相位变化，根据相位和高度的对应关系确定被测物体的三维物体表面面形高度分布。本发明利用模拟退火算法计算量小和较为精确的特点，得到一个较为精确的全局最优解，加以遍历其领域，省去了传统方法中遍历整个匹配区域的过程，减小了像素匹配所需要的计算量，在保证精度的前提下，提升了实时相位测量轮廓术的效率。