光栅投影

摘要： 随着三维测量技术的不断发展,通过投影光栅条纹对三维物体进行测量已经成为近年以来的研究热点。本文主要研究了基于光栅条纹的相位展开方法,并详细阐述其工作原理,推导展开相位与实际物体高度之间的几何映射关系。傅里叶变换轮廓术(FIP)进行三维面形测量时,若无频谱混叠,可以得到很好的测量效果,但由于FIP是全局变换,频域内丢失了空间信息。当被测物体形状复杂或被噪声严重污染时,频域中频谱分布展宽,可能发生频谱混叠,导致基频分量提取不完整,从而不能精确地测量被测物体。因此,本文通过对传统FTP法以及两种改进FTP法的测量范围进行分析,并比较这两种改进方法间的异同。实验表明,π相移法的测量结果要优于灰度图法的测量结果,且随着物体高度梯度值的增加,π相移法的测量结果逐渐优于灰度图法的测量结果。

摘要： 焊缝表面三维轮廓是评价焊后焊缝质量的重要指标,针对常用线结构光扫描进行焊缝测量时无法兼顾测量速度与精度等问题,设计并搭建了一种基于面结构光光栅投影的焊缝三维轮廓测量系统.首先,通过数字光处理(digital light processing,DLP)投影仪向焊缝表面投射面结构光光栅条纹图像,摄像机获取变形调制条纹,利用四步相移法结合多频外差时域解相算法准确地实现了变形光栅条纹相位主值的解算和相位的展开.然后,利用平面靶标结合精密平移台获取空间点阵列的方法实现了对模型参数的标定,该标定方法精度高、可操作性强、结构稳定.最后,采用空间相位映射模型实现焊缝相位信息到高度信息的转换,实现焊缝三维轮廓的测量.结果表明,该测量方法能很好的表现焊缝细节信息,测量结果准确,测量精度能达到0.096 8 mm,可以为焊后焊缝外观检测与评价提供可靠数据.

摘要： 传统的舌头诊断会受到医生的知识、诊断技能和照明条件的限制,客观性和可重复性较差.因此,对舌诊进行客观化是很重要的.将光栅投影技术与双目视觉相结合是实现三维成像的常用手段.然而,舌头表面的津液会形成反射区导致相位展开失败,而且双目系统只能测量公共区域,边缘无法测量.为了获取完整的彩色舌面三维数据,提出了一种光栅投影的真伪混合双目三维重建的方法.将投影仪看成是一个逆向相机,对投影仪进行标定.由投影仪和左、右摄像机组成的两个伪双目系统,用于补充舌面过度曝光区以及舌面边缘的点云.为避免空间点的重复重建,从理想光栅图像出发,采用级次和极线混合约束的方法逐点分别向左、右相机寻找匹配点.对于左、右相机均匹配成功的点,采用真双目系统进行重建.对于单相机匹配成功的点,用伪双目系统进行重建.结果显示,光栅投影真伪混合双目的方法可以准确快速地获得完整的区域性反光阶梯块和真实舌面三维点云,上舌面舌苔特征明显,下舌面血管完整清晰,有助于舌诊客观化进行.最后,设计实验用测量半径为19.05 mm的陶瓷球对系统进行了精度验证,系统的测量偏差在±0.1 mm以内.

摘要： 介绍了一种基于光栅投影测量原理的大型壳体壁厚自动化测量方法及其在大型锥形壳体产品自动测量中的应用。采用基于坐标转换统一的数据拼接方法,通过对自动测量系统的多坐标系综合标定,实现了多站位扫描测量数据的精密拼接融合。利用点云检测软件Polyworks完成了产品数模比对分析和壁厚检测,并对测量系统壁厚测量不确定度进行了分析评定。结果表明,基于坐标融合的大型壳体壁厚自动测量方法可有效提高产品的检测质量和检测效率。

摘要： 利用光栅投影三维测量方法测量高反射率物体表面时,物体表面的高反光特性导致图像部分像素处于饱和状态,从而使相位解算不准确。为了解决这一问题,提出一种动态解相算法,通过引入过曝因子使过曝的相移图不参与相位计算,利用非固定步数相移和辅助条纹的方法进行相位解算。结果表明,该算法有效地减少高反光区域的噪点,提高点云重建质量,并且只需一组解相图集即可完成高反射率表面点云的重建,缩短点云处理时间。由此可见,基于动态解相的方法在保证高反射率表面点云重建效果的同时,有效地提高了点云处理效率。

摘要： 相位解包裹是光学三维测量中获得连续相位分布的重要环节之一,断截相位解包裹结果的好坏会对测量精度产生重要的影响.针对已有的相位解包裹算法在解包裹后得到的连续相位波动幅度较大,不能对存在严重欠采样和较强噪声的包裹相位进行精确解包裹,从降低连续相位波动幅度和防止相位差出现突增突减现象的角度出发,提出一种基于四步相移法对连续相位逐一分段式斜率矫正的新型处理方法.仿真结果表明,该方法不仅提高了三维还原图的精度,还提升了三维形貌图的稳定性.该方法在处理三维图像问题时使其误差率降低了10.12％,具有一定的实用价值.

摘要： 傅里叶变换轮廓术(FTP)技术通过计算傅里叶变换、在空间频域中滤波和逆傅里叶变换来解析被测对象轮廓数据,实现将相位信息转换为被测对象的高度.FTP重建三维曲面时,用来提取基频成分的带通滤波算法对测量精度有很大影响,该技术的关键问题是无法精确提取到一阶频谱尤其是在频域比较复杂的情况下,传统滤波算法在FTP滤波过程中已被证明是不够准确的.因此提出一种双椭圆滤波算法的傅立叶变换轮廓术,双椭圆滤波算法能更好的滤出携带有物体高度信息的一阶频谱,结合光栅投影技术能更有效提高被测物体梯度限制和减少误差,实验结果表明该双椭圆滤波算法优于其它现有的FTP滤波技术.

摘要： 工业产品外观的瑕疵会直接造成产品商业价值的贬值.一般的视觉检测方法是利用环形光、同轴光等光源,结合单目视觉进行缺陷检测,但是对于一些存在的凸起、凹陷等具有三维特征的缺陷,由于其表面光学反射特性不明显,很难获取到缺陷的信息.结合三维视觉检测技术提出基于光栅投影的表面凹凸缺陷检测方法,投射棋盘格图案进行定位和角点提取,从中可以获得稀疏的点云数据,完成对凹坑缺陷的实时检测.

摘要： 提出了一种新的投影仪标定方法以提高数字光栅投影三维测量中投影仪标定的准确性.该方法结合二次投影技术和交比不变性进行投影仪标定.采用二次投影技术解决投射图案与标定板图案互相干扰的问题;采用交比不变性以避免引入相机的标定误差.接着进行了对比实验,以验证所提方法的有效性.选取需要相机参数的传统投影仪标定方法以及根据全局单应性的投影仪标定方法作为对比方法.结果显示,本方法的反投影误差标准差分别从(0.2275,?0.2264)像素和(0.1397,?0.0997)像素降低到(0.0645,?0.0601)像素,反投影误差的最大值分别从1.222像素和0.5617像素降低到0.2421像素.另外,该方法还可同时标定相机,从而获得整个三维测量系统的参数.本文提出的方法可以避免相机标定参数的误差传递,提高投影仪的标定精度.

摘要： 相机与投影仪的标定是影响光栅投影三维测量系统精度的因素之一,且标定所得参数的精度直接影响系统的测量精度.分析标志点边缘成像时的退化模型,提出了基于高斯曲线拟合与边缘局部区域效应相结合的亚像素边缘检测方法,获取高精度边缘,提高标志点检测精度;使用基于透视变换图像矫正的标志点快速排序匹配方法,进行相机快速高精度标定.分析投影仪标定时的相位误差,提出了一种基于径向基的线性插值方式,提高标志点圆心相位获取精度.实验验证,使用上述亚像素边缘检测方式,标志点的边缘残差为0.0871,对比基于高斯曲线的拟合方式,精度提高了41％,相机标定重投影误差均值为0.0524像素;使用上述相位插值方式,投影仪标定重投影误差均值为0.1203像素,对比使用双线性插值方式,标定精度提高23.9％.

摘要： 先进制造中光栅投影三维测量的效率与精度问题是当今研究的热点之一,也是影响制造业生产效率提高的重要因素.本项目围绕如何提高光栅投影三维测量系统的性能,对影响其性能的多个关键技术进行了深入研究,提出了新的方法和技术.提出基于二次曲线与直线的混合标定新方法。该方法抛弃了利用点对点关系的标定方法，转而利用二次曲线方程及直线方程在两种坐标系下相对应的关系进行标定。

摘要： 光学三维测量系统的研究和开发首先应建立系统完整而精确的数学模型。本文基于小孔成像模型推导出含有一阶径向畸变的摄像机模型,由于对投影系统至今还没有完整的数学描述,故在对小孔成像原理和编码结构光法分析研究的基础上,提出了投影仪的线性隐式模型,建立了光栅投影三维测量系统完整的数学模型,即摄像机所采集的信息与被测物表面高度信息之间的非线性映射关系。

摘要： 本文构建了一个基于投影仪针孔模型为的光栅投影三维轮廓检测系统,本系统克服了传统光栅投影轮廓检测法中对系统结构的严格要求,模型中摄像机和投影装置可以采取任意相对位置,并无任何严格的平行,垂直或相交的要求,结构简单,易于实现.试验表明,本系统有较高的实用价值.

摘要： 本文给出了一种基于立体视觉与网格光栅投影的立体视觉三维表面重建方法，该方法结合了被动的立体视觉与主动的非结构光光栅投影，采用一种算法简单的由粗到精网格图像立体匹配方法，能有效解决了常见的立体视觉系统中存在的算法复杂、处理时间长、容易产生误匹配等问题。较详细地给出了系统结构与系统流程，实验结果表明该系统能够有效的对三维表面，特别是对于无明显特征的光滑自由三维曲面的进行重建，并且具有结构简单、操作方便、速度快等优点。

摘要： 针对光栅投影轮廓术的测量精度对待测物体缺乏适应性的特点,本文提出一种在彩色光栅投影下,用软件实现两次变精度测量的方法,以适应待测物体形面的突然起伏;同时,根据彩色光栅的特点,用软件实现提高系统的高度测量能力.实验证明本办法简单、可行.

摘要： 针对光栅投影三维测量技术的原理进行了综述,并就国内外的发展和应用状况,对测量中的关键技术,如相位测量、解相位、面形连续性、数据配准和拼接等进行了分析,说明了该测量方法的优越性.

摘要： 三维轮廓测量在汽车制造、口腔修复、文物保护等方面起着重要的作用.本文研究并开发出一种实用的光栅投影式三维测量系统.在小孔成像原理上提出了投影系统的一种线性隐式模型,同时提出了一种可靠的格雷码-相移组合编码方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误提出了一种码值修正算法,增强了测量系统的稳定性.最后分别对石膏头像和牙模进行测量试验,实验结果表明该系统工作稳定、精度高,单视角测量点数为130万,测量范围为450 mm×400 mm,水平测量点距为0.5 mm.

摘要： 由于三维测量系统中投影仪倾斜投影横向均匀条纹时会在参考平面上产生双向畸变非均匀条纹,故本文提出了一种横向分区非均匀条纹生成方法以降低投影横向条纹测量误差.这种方法使用分区函数描述非均匀条纹像素-相位之间的关系.投影横向分区非均匀条纹时,能够在参考平面上得到周期分布均匀的条纹,从而改善相位展开结果中像素-相位之间的非线性关系,提高测量精度.对高度为50mm的平面进行的仿真实验表明,投影该种非均匀条纹测量误差均值为0.4099mm,均匀条纹测量误差均值为2.5235mm.对高度为50mm的球体进行的仿真实验表明,投影均匀条纹的测量结果对称度误差为3.1％～9.3％,而投影分区非均匀条纹时,对称度误差为0.03％～1.6％.得到的结果显示,提出的横向分区非均匀正弦条纹能够明显提高投影横向正弦条纹的测量精度.

摘要： 由于三维测量系统中投影仪倾斜投影横向均匀条纹时会在参考平面上产生双向畸变非均匀条纹,故本文提出了一种横向分区非均匀条纹生成方法以降低投影横向条纹测量误差.这种方法使用分区函数描述非均匀条纹像素-相位之间的关系.投影横向分区非均匀条纹时,能够在参考平面上得到周期分布均匀的条纹,从而改善相位展开结果中像素-相位之间的非线性关系,提高测量精度.对高度为50mm的平面进行的仿真实验表明,投影该种非均匀条纹测量误差均值为0.4099mm,均匀条纹测量误差均值为2.5235mm.对高度为50mm的球体进行的仿真实验表明,投影均匀条纹的测量结果对称度误差为3.1％～9.3％,而投影分区非均匀条纹时,对称度误差为0.03％～1.6％.得到的结果显示,提出的横向分区非均匀正弦条纹能够明显提高投影横向正弦条纹的测量精度.

摘要： 由于三维测量系统中投影仪倾斜投影横向均匀条纹时会在参考平面上产生双向畸变非均匀条纹,故本文提出了一种横向分区非均匀条纹生成方法以降低投影横向条纹测量误差.这种方法使用分区函数描述非均匀条纹像素-相位之间的关系.投影横向分区非均匀条纹时,能够在参考平面上得到周期分布均匀的条纹,从而改善相位展开结果中像素-相位之间的非线性关系,提高测量精度.对高度为50mm的平面进行的仿真实验表明,投影该种非均匀条纹测量误差均值为0.4099mm,均匀条纹测量误差均值为2.5235mm.对高度为50mm的球体进行的仿真实验表明,投影均匀条纹的测量结果对称度误差为3.1％～9.3％,而投影分区非均匀条纹时,对称度误差为0.03％～1.6％.得到的结果显示,提出的横向分区非均匀正弦条纹能够明显提高投影横向正弦条纹的测量精度.

摘要： 本发明公开了一种基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测方法，包括以下步骤：根据公式使用计算机生成二值编码光栅；将二值编码光栅烧入投影仪，调节投影仪焦距以及相机焦距，使得投射出的光栅条纹以及拍摄的标定板清晰可见，再次调节投影仪焦距对二值编码光栅进行散焦处理以得到二值编码正弦光栅；通过四步相移法求解光栅条纹的相位值θ；进一步建立相位、像点坐标与三维坐标的对应关系，通过系统标定求解出标定参数；对四步相移获取的电路板图像进行处理，最终生成具有准确三维坐标的点云数据，准确定位元器件几何位置和三维形态，通过对照检测标准即可检测出电路板是否存在错位、脱焊等缺陷问题。

摘要： 本实用新型的光栅胶片，有透明的基片，基片的中部为黑明接替的光栅，基片边部有黑体框。光栅中央为一条比其他部位的明条纹宽的明条纹，更有利辨别光栅的中间位置，便于数据左右分别读取。黑体框将多于的光线遮挡，有效防止这些光形成的散射，保证了标定过程的准确性和被测物体表面数据读取效果。

摘要： 本实用新型公开了一种线光栅结构正投影光学屏幕和投影显示系统，涉及投影屏幕技术的领域。投影显示系统包括上述线光栅结构正投影光学屏幕。本实用新型提供的线光栅结构正投影光学屏幕包括依次层叠设置的光学投影屏幕成像功能层、铁性材料层、软磁层、磁胶层和刚性底板，光学投影屏幕成像功能层和铁性材料层采用柔性可卷曲材料制成，光学投影屏幕成像功能层包括依次层叠设置的白色材料涂层、黑色线光栅光学结构层和基层，磁胶层包括多个相互拼接的磁胶块，刚性底板包括多个相互拼接的底板块。线光栅结构正投影光学屏幕包装运输方便且成本低，而且无需在墙上打孔，不会破坏墙面，安装、拆卸方便。

摘要： 光栅投影成像系统的光栅相位提取方法，解决了现有如何克服光栅相位非线性误差及强度噪声的问题，属于数字光栅投影三维测量技术领域。本发明包括：步骤一、将采集到的N幅指数光栅图像通过邻域扩展组成矩阵X；步骤二、根据矩阵X构造协方差矩阵C：且对协方差矩阵C对角化，获取对角矩阵D为：D＝ACAT；其中，是为指数光栅图像去除背景项后，A为正交变换矩阵，D为N行H×W列，[]T表示转置；步骤三、获取主成分矩阵：获取P中前两个最大特征值的主成分分别为Ic和Is，根据Ic和Is获取指数光栅相位为：其中，(i,j)为相机像素坐标。本发明简单、有效地克服了非线性相位误差及强度噪声。

摘要： 本发明公开了一种基于投影仪散焦解相位的光栅投影三维快速测量方法，包括如下步骤：计算机生成各种光栅图；将光栅图经投影仪散焦投影到被测目标上；用摄像机采集光栅图像；利用四步相移法求得主值相位；利用额外光栅图得到标准化后的辅助光栅图；利用灰阶码法对主值相位进行相位展开；对摄像机和投影仪进行标定，根据空间交汇法计算出三维坐标。本发明的有益效果为：测量速度达到投影仪的最大刷新频率，得到较大提升；投影仪无需非线性校正；增加一幅额外的二值光栅图，用来解相位的散焦辅助光栅图可以准确地转换为标准二值分布，从而得到求解绝对相位的精确灰阶码，克服了复杂表面目标绝对相位不精确的问题，提高了相位质量。

摘要： 本发明公开了一种光栅投影系统及光栅相移高度测量自动校正补偿方法，包括光栅投影系统平台、被测的四点标定块、工业计算机、已完成基本标定的相机、光机，平台根据相机获取校正补偿参数过程中的测量点位信息，根据枝切法获取测量点位上四点标定块的相位差结果和高度测量结果，结合四点标定块的实际高度获取实测高度值与实际高度之间的映射关系获取高度校正补偿参数；将校正补偿参数按照1um高度精度拓展至整个高度可检测范围，获取本机台完整的光栅相移高度测量校正补偿参数；根据被测对象的位置和相位差结果按照LUT查表法获取对应的校正补偿参数，根据高度校正方程获取高度校正补偿结果。本发明大大减小了因机台间差异导致的高度结果差异。

摘要： 光栅投影成像系统的光栅相位提取方法，解决了现有如何克服光栅相位非线性误差及强度噪声的问题，属于数字光栅投影三维测量技术领域。本发明包括：步骤一、将采集到的N幅指数光栅图像通过邻域扩展组成矩阵X；步骤二、根据矩阵X构造协方差矩阵C：且对协方差矩阵C对角化，获取对角矩阵D为：D＝ACAT；其中，是为指数光栅图像去除背景项后，A为正交变换矩阵，D为N行H×W列，[]T表示转置；步骤三、获取主成分矩阵：获取P中前两个最大特征值的主成分分别为Ic和Is，根据Ic和Is获取指数光栅相位为：其中，(i,j)为相机像素坐标。本发明简单、有效地克服了非线性相位误差及强度噪声。

摘要： 本发明公开了一种基于投影仪散焦解相位的光栅投影三维快速测量方法，包括如下步骤：计算机生成各种光栅图；将光栅图经投影仪散焦投影到被测目标上；用摄像机采集光栅图像；利用四步相移法求得主值相位；利用额外光栅图得到标准化后的辅助光栅图；利用灰阶码法对主值相位进行相位展开；对摄像机和投影仪进行标定，根据空间交汇法计算出三维坐标。本发明的有益效果为：测量速度达到投影仪的最大刷新频率，得到较大提升；投影仪无需非线性校正；增加一幅额外的二值光栅图，用来解相位的散焦辅助光栅图可以准确地转换为标准二值分布，从而得到求解绝对相位的精确灰阶码，克服了复杂表面目标绝对相位不精确的问题，提高了相位质量。

摘要： 一种基于光栅投影的耐火砖表面缺陷检测方法，包括如下步骤：S1：利用计算机生成标准的正弦光栅图案；S2：通过投影仪将光栅图案投影到耐火砖表面；S3：相机同步采集投影在耐火砖表面的光栅图案并传输到计算机；S4：利用六步相移法提取相位，得到包裹相位图；S5：利用三频外差法展开相位，得到绝对相位图；S6：通过缺陷处绝对相位的异常变化对绝对相位图进行缺陷边缘提取；S7：对缺陷边缘进行双边滤波，滤除边缘噪声；S8：对滤波后的图像进行阈值分割，得到二值图像；S9：进行形态学处理及标记缺陷。本发明采用六步相移提取相位，保证相位提取的精度，该方法满足了耐火砖表面质量检测的要求，具有较高的检测精度。

摘要： 本发明属于运动物体表面形貌动态3D重构领域，具体为一种投影光栅相移生成动态三维测量方法及系统，方法包括对运动物体进行正弦光栅投影和采样；对单帧瞬态采样图像进行傅里叶频谱分析，并生成得到多帧相移图像序列；利用相移算法和相位解包裹算法，对相移光栅序列进行高精度相位求解和相位解包裹，获取采样瞬间物体三维形貌；对物体进360°匀速旋转动态扫描，获取不同扫描角度物体的三维形貌信息；通过三维图像拼接方法对扫描三维特征进行图像拼接，即可获得被测物体360°全景动态三维重构信息。本发明采用图像生成的方式从单帧瞬态采样图像获得多帧相移图像序列，有效提升了测量精度，实现了测量效率与测量精度之间的平衡。