基于相移条纹投影的动态3D测量误差补偿技术 被引量：2

1

作者 曹智睿 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期184-192,共9页

在基于相移条纹投影的动态三维测量中,不同条纹图像中物点、像点和相位之间的理想对应关系被破坏,此时应用传统的相位公式会产生很大的测量误差。为了减小动态三维测量误差,首先分析了该误差的基本原理,并将该误差等效为不同条纹图像之... 在基于相移条纹投影的动态三维测量中,不同条纹图像中物点、像点和相位之间的理想对应关系被破坏,此时应用传统的相位公式会产生很大的测量误差。为了减小动态三维测量误差,首先分析了该误差的基本原理,并将该误差等效为不同条纹图像之间的相移误差;然后,提出了一种动态三维测量误差补偿方法,该方法将基于最小二乘的先进迭代算法和改进的傅立叶辅助相移法相结合,实现了随机步长相移量和相位的高精度计算。对精加工铝板的实测结果表明,动态三维测量误差补偿技术可使动态三维测量的均方误差降低一个以上数量级,补偿后的动态三维测量精度可达0.15 mm以上。 展开更多

关键词 动态3D测量 相移条纹投影 误差补偿

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相移条纹投影三维形貌测量技术综述 被引量：30

2

作者 毛翠丽 卢荣胜 +1 位作者 董敬涛 张育中 《计量学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期628-640,共13页

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... 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。 展开更多

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

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基于相移条纹分析的相位误差补偿技术发展综述(特邀) 被引量：2

3

作者 李乐阳 吴周杰 张启灿 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第2期124-143,共20页

结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度... 结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。 展开更多

关键词 三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿

原文传递

二帧随机相移条纹图相移提取算法研究

4

作者 杜虎兵 颜菁菁 王建华 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第3期322-326,共5页

受噪声或探测器的非线性响应等影响,采用光学三维轮廓术装置实际摄取的条纹图的光强具有非正弦性分布的特点,这导致现有的随机相移提取算法在应用中存在计算不稳定的问题。对此,提出了一种两帧随机时域相移条纹图相移提取方法。该方法... 受噪声或探测器的非线性响应等影响,采用光学三维轮廓术装置实际摄取的条纹图的光强具有非正弦性分布的特点,这导致现有的随机相移提取算法在应用中存在计算不稳定的问题。对此,提出了一种两帧随机时域相移条纹图相移提取方法。该方法首先采用克莱姆正交化方法对条纹图进行处理,然后发展了一种基于矩阵范数的相移提取算法,进而应用二步相移算法获得了测量相位。由于使用了反正切函数解算相移,所提方法对非正弦条纹图不敏感,具有求解可靠、应用容易的特点。实验结果表明,所提方法精度高、速度快,优于现有的典型算法。 展开更多

关键词 测量 光学三维测量 相位 相移条纹图 相移算法 随机相移

原文传递

基于相移条纹分析的实时三维成像技术发展综述 被引量：45

5

作者 郭文博 张启灿 吴周杰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第8期1-19,共19页

近年来,客观世界和场景三维信息需求量的陡增,促使结构光三维测量技术快速发展。基于条纹投影和相移条纹分析的三维成像技术具有较好的精度和鲁棒性,在众多的技术方法中脱颖而出,被广泛地应用于工业检测、文物数字化、生物医学检测领域... 近年来,客观世界和场景三维信息需求量的陡增,促使结构光三维测量技术快速发展。基于条纹投影和相移条纹分析的三维成像技术具有较好的精度和鲁棒性,在众多的技术方法中脱颖而出,被广泛地应用于工业检测、文物数字化、生物医学检测领域。而在人机交互、虚拟现实、在线检测、远程手术等具有时效性要求的应用场景中,实现实时三维测量具有重要意义和明显价值。首先简要介绍了基于相移条纹分析的三维成像技术基本原理,随后分类讨论了实时三维成像的多种优化实现方向,回顾了各类方向中不同的技术方案。最后,总结了基于相移条纹分析的实时三维成像技术所面临的挑战及有潜力的研究方向。 展开更多

关键词 图像处理 三维成像 条纹投影 结构光照明 相移条纹分析 实时三维重建

原文传递

四步相移结合互补格雷码的快速相位展开 被引量：4

6

作者 李洋 李岩 +2 位作者 赵爱国 于微波 刘克平 《激光杂志》 CAS 北大核心 2022年第2期36-41,共6页

为提高相移条纹投影测量系统的精度与效率,提出了一种四步相移结合互补格雷码的快速相位展开方法,有效消除了相位展开误差,并能够显著提升计算效率。引入的互补格雷码与传统格雷码的条纹阶次存在半周期错位,利用这种错位与中值滤波结合... 为提高相移条纹投影测量系统的精度与效率,提出了一种四步相移结合互补格雷码的快速相位展开方法,有效消除了相位展开误差,并能够显著提升计算效率。引入的互补格雷码与传统格雷码的条纹阶次存在半周期错位,利用这种错位与中值滤波结合可完全消除相位展开误差。首先,采用大津法对全亮图案进行二值化生成掩码图像;其次,以掩码图像非零区域为路径引导四步相移与互补格雷码解码得到包裹相位与条纹阶次;最后,利用条纹阶次对包裹相位进行相位展开。实验结果表明:提出的快速相位展开算法比原算法速率提升了36%。 展开更多

关键词 相移条纹投影 互补格雷码 四步相移 掩码图像 相位展开

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条纹投影测量系统标定方法研究 被引量：1

7

作者 赵涵卓 丁宇航 +5 位作者 张宗华 王晨 张昂 孟召宗 肖艳军 高楠 《河北工业大学学报》 CAS 2023年第3期17-28,共12页

条纹投影测量方法具有无接触、测量精度较高、分辨率高等优点,是最可靠的三维测量方法技术之一。而系统标定的精度决定了测量数据的精度上限,是三维测量中至关重要的环节,所以本文分析比较了条纹投影测量系统已有的主要标定方法,包括有... 条纹投影测量方法具有无接触、测量精度较高、分辨率高等优点,是最可靠的三维测量方法技术之一。而系统标定的精度决定了测量数据的精度上限,是三维测量中至关重要的环节,所以本文分析比较了条纹投影测量系统已有的主要标定方法,包括有:反向投影法、三角关系建模法、隐式拟合法和神经网络法。从误差积累、系统搭建严格程度、操作复杂度、是否需要精密辅助装置、是否考虑镜头畸变以及测量精度等方面进行了对比分析,得出每种方法的优缺点及应用,并以精度相对较高的相位匹配标定法、多项式标定法和平面拟合标定法3种方法为例进行对比实验,综合方法特征与实验结果,得出标定方法选择依据:需要高精度测量应选择多项式拟合法,需要操作灵活应选择相位匹配法,同时对精度和灵活性有需求,应选择平面拟合标定法,对此类技术面向不同需求时选择适当的方法进行系统标定具有一定的应用价值。 展开更多

关键词 三维测量 相移条纹 投影仪标定 系统标定 相位高度标定

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条纹反射法中新的缺陷表征质量图

8

作者 覃云说 朱勇建 +1 位作者 秦国锋 王栋 《应用光学》 CAS 北大核心 2023年第3期614-620,共7页

使用相移法测量物体形貌时,质量导引法在相位解包裹中起着重要作用。在检测高反光待测物表面缺陷时,相移条纹调制度常用来识别表面缺陷。本文通过将Sobel梯度与条纹调制相结合,提出了新的缺陷表征质量图,即调制度-Sobel梯度偏差质量图(m... 使用相移法测量物体形貌时,质量导引法在相位解包裹中起着重要作用。在检测高反光待测物表面缺陷时,相移条纹调制度常用来识别表面缺陷。本文通过将Sobel梯度与条纹调制相结合,提出了新的缺陷表征质量图,即调制度-Sobel梯度偏差质量图(modulation-sobel gradient variance,MSGV)。将解包裹相位图和原始相位图的均方根误差、峰值信噪比、信噪比3个性能作数据对比,对相位解包裹数据进行模拟测试。结果显示,MSGV的平均峰值信噪比较调制度-相位梯度偏差质量图(modulation-phase gradient variance,MPGV)提升了约1.97%,均方根误差减小了约2.91%。表明本文提出的MSGV算法相对于传统算法有一定优越性,具有更高的抗噪性和更低的解包裹误差。将所提出的方法对鼓型滚子曲面进行缺陷检测与定位,结果表明,MSGV能更好地显示出缺陷的轮廓信息。 展开更多

关键词 相移条纹 质量图 调制度 缺陷检测

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多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法 被引量：3

9

作者 刘勇 张国锋 +2 位作者 胡鹏宇 邓惠文 杨树明 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期33-40,共8页

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投... 传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。 展开更多

关键词 多视图几何 沙姆成像 相移条纹投影 三维测量 系统标定

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随机相移阴影莫尔法研究 被引量：2

10

作者 杜虎兵 张少锋 +1 位作者 宇建红 李军宁 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期115-122,共8页

相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术,但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性,提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。所提方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参... 相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术,但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性,提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。所提方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定,运用3帧随机相移算法提取测量相位,从而极大地简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于是基于随机相移思想,假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知,因此所提方法可有效地降低相移器的应用要求。另外,所提方法在相位解调过程中不受背景光影响,且对条纹图非正弦光强分布不敏感,具有精度高、应用容易的特点。实验表明,所提方法精度高,速度快,优于现有的典型算法。 展开更多

关键词 测量 光学三维测量 相位 相移条纹图 相移算法 随机相移

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提高多频条纹投影相位提取精度的反向误差补偿法 被引量：16

11

作者 毛翠丽 卢荣胜 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期232-240,共9页

为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等... 为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等,符号相反的两幅主值相位图,二者运算后误差得以抵消,与多频法相结合从而得到精确的绝对相位值。采用标准平面对提出的方法进行实验验证,并与最近提出的希尔伯特变换补偿方法以及典型相位补偿方法进行比较。实验结果表明,所提方法能有效提高相位测量的精度和速度。通过对自由曲面以及表面不连续物体进行相位误差补偿,进一步验证了该方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 测量 相移条纹轮廓术 非线性相位误差 反向误差补偿法 多频法

原文传递

基于梯度下降法的二帧相移提取算法 被引量：2

12

作者 张少锋 杜虎兵 +1 位作者 郭瑞清 何周旋 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第13期169-174,共6页

二帧相移提取算法具有所需条纹图数量少、处理速度快的特点,但由于二帧相移技术存在病态性问题,使算法的设计充满了挑战,鉴于此,提出一种二帧随机时域相移条纹图相移提取算法。该算法先通过高通滤波去除条纹图的背景项,再结合振幅方均... 二帧相移提取算法具有所需条纹图数量少、处理速度快的特点,但由于二帧相移技术存在病态性问题,使算法的设计充满了挑战,鉴于此,提出一种二帧随机时域相移条纹图相移提取算法。该算法先通过高通滤波去除条纹图的背景项,再结合振幅方均根的分布规律,利用梯度下降法搜索振幅方均根的最小值,进而提取引入的相移,最后利用二步相移算法获得测量相位。仿真与实验结果表明:与其他经典算法相比,所提算法具有恢复相位误差小,对噪声不敏感等特点,且简单灵活,易于应用。 展开更多

关键词 测量 光学三维测量 随机相移 相移条纹图 梯度下降法

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基于通用有理多项式模型的伽马非线性自补偿

13

作者 薛晓梅 孙丽君 +1 位作者 陈天飞 范鹏翔 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第12期93-103,共11页

为减小数字相移条纹投影系统中非线性响应引起的相位误差,提出了一种基于通用有理多项式模型的自补偿方法。该方法首先利用多项式来建模投影仪的未知非线性,然后建立相位误差函数。其次,利用离群检测算法剔除偏离点,并利用优化函数多次... 为减小数字相移条纹投影系统中非线性响应引起的相位误差,提出了一种基于通用有理多项式模型的自补偿方法。该方法首先利用多项式来建模投影仪的未知非线性,然后建立相位误差函数。其次,利用离群检测算法剔除偏离点,并利用优化函数多次迭代求解出误差函数中的相位误差系数。最后,将含有误差的相位代入到相位误差函数中,通过不动点迭代运算对相位误差进行逐点修正。实验结果表明,上述自补偿方法易于实现且不需要预先校准,在无须提前标定数据条件下,可以有效减小数字相移条纹投影过程中的非线性误差,有助于提高系统的测量精度和测量效率。 展开更多

关键词 数字相移条纹投影 有理多项式误差模型 相位误差补偿 非线性响应

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基于绝对相位靶的摄像机标定仿真与实验研究 被引量：4

14

作者 安世勇 朱江平 +3 位作者 杨红雨 周佩 肖雯帆 朱昌会 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第4期262-273,共12页

摄像机标定是结构光三维传感技术中联系测量系统内外参数与三维坐标之间的重要环节。基于灰度信息提取特征点的摄像机标定方法易受图像噪声、对比度等因素的影响。提出一种基于绝对相位靶(APT)的摄像机标定方法,采用时间相位展开算法计... 摄像机标定是结构光三维传感技术中联系测量系统内外参数与三维坐标之间的重要环节。基于灰度信息提取特征点的摄像机标定方法易受图像噪声、对比度等因素的影响。提出一种基于绝对相位靶(APT)的摄像机标定方法,采用时间相位展开算法计算绝对相位,提取相位值为4π整数倍的特征点,采用局部窗口最小二乘拟合算法计算特征点的精确亚像素坐标,进而建立特征点的图像坐标与世界坐标的对应关系。通过仿真实验,分析不同高斯噪声和模糊条件下摄像机参数的绝对误差变化,发现相对于传统的棋盘格和圆点标定法,所提APT标定法对图像噪声和模糊具有更好的鲁棒性,且具有更高的标定精度。真实的对比实验显示,APT标定方法的标定精度优于棋盘格和圆点标定法,尤其在“离焦”(标靶处于相机有效工作距离之外)情况下可将重投影误差降低58.68%,证明了APT标定方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 测量 摄像机标定 相移条纹 绝对相位 特征点提取 亚像素拟合

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基于短相干光干涉的平行平板型光学元件面形测量

15

作者 王军 陈磊 +1 位作者 吴泉英 臧涛成 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2012年第12期138-143,共6页

为了解决使用激光干涉仪测量平行平板光学元件面形时会产生干扰条纹的问题,提出了一种利用短相干光干涉测量平行平板光学元件面形的方法。在泰曼-格林干涉仪中使用钠光为光源,由于钠光为短相干光源,当参考面与被测平板前表面光程匹配时... 为了解决使用激光干涉仪测量平行平板光学元件面形时会产生干扰条纹的问题,提出了一种利用短相干光干涉测量平行平板光学元件面形的方法。在泰曼-格林干涉仪中使用钠光为光源,由于钠光为短相干光源,当参考面与被测平板前表面光程匹配时,平行平板后表面的反射光无法与参考光和测试光干涉,从而避免了干扰条纹的产生。测量时采集到的为单幅干涉图,使用虚光栅移相叠栅条纹法从中提取波面数据,即可得到平行平板光学元件的面形数据。实验测量了一平行平板光学元件的面形,其面形数据与使用Zygo干涉仪测得的结果吻合。 展开更多

关键词 测量 平行平板 短相干光 虚光栅相移叠栅条纹法

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