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摘要
结构光三维测量技术是目前应用最为广泛的一种非接触式面形测量技术,在质量控制、工业检测、计算机辅助设计、逆向设计、文物保护、人脸测量、和生物医学等众多领域有很高的应用价值。随着数字技术的发展,目前的测量设备多用数字投影仪和数码摄像机作为光栅条纹的投射和采集设备,给测量带来了方便, 但是由于投影仪的 Gamma D 的非线性效应以及在投影仪倾斜投影时的周期展宽给相位带来了误差,使得光栅条纹出现一定程度的非正弦化,因此在相位求解的过程中,光栅条纹的非正弦化是导致相位误差的主要原因。如何快速而且准确的获取相位信息仍然是该领域的一个重要的研究课题。
本文主要研究了以下两方面内容来解决以上问题:
1. 详细阐述了傅里叶变换轮廓术、相位计算方法和频谱混叠的问题。在此基础上提出了基于二进制条纹离焦投影的双频光栅傅里叶变换轮廓术,由于该方法
产生的光栅条纹只有 0 和 255 两个灰度级,很好的克服了投影仪 Gamma 效应,只要投影仪适当离焦后就可以滤除高次谐波,仅保留了一倍频和三倍频,从而得到
需要的双频光栅,由于离焦有光学低通滤波的作用,滤除了噪声信号,同时该方
法也有效的防止了频谱混叠,对后续的滤波器设计、信号滤波以及相位计算都带来很大方便,另外,该方法不需要投影仪和相机严格同步,在高速测量和实时测
量中有明显优势。通过三组实验充分说明该方法与传统的双频光栅傅里叶变换轮
廓术相比,测量精度有所提高。
2. 详细论述了由于周期展宽和投影仪 Gamma 效应导致的光栅条纹非正弦化对相位的影响,通过实验和仿真分析了光栅条纹非正弦化的相位特征,提出了新
的基于 Look-up table(LUT)的相位误差补偿算法。首先通过实际测得的参考面连续相位与理想的连续相位相比较得到所需要的相位误差查找表,再通过物体表面的
相位在查找表中找到相应的相位误差,对相位进行误差补偿。并且提出了一种新
的高度求解表达式。该算法不仅有效的消除了投影仪的 Gamma D 的非线性效应带来的误差,而且同时校正了周期展宽的问题,并通过实验证明,该方
法有效的降低了相位误差,提高了测量精度。
关键词:三维测量,二进制条纹离焦,查找表(LUT),相位误差补偿
Abstract
Structured light 3D measurement technology is the most widely used non-contact profilometry measurement technology at present, and have very high application value in many areas such as quality control, industrial inspection, computer-aided design, reverse design, heritage preservation, anthropometric, and biological medicine. With the development of digital technology, projector and digital camera are usually taken as the projection and acquisition equipment, they bring a lot of convenience for measurement, But in an oblique-angle projection, due to the Gamma effect of the projector, nonlinear effect D camera and fringe cycle broadening, they bring many errors to the phase measurement, the fringe have a certain degree of distortion, Therefore, in the process of phase calculation, the non-sinusoidal fringe is the main reason for the phase error. How to obtain phase information quickly and accurately is still an important research topic in the field.
In order to solve the above problems, this paper studied two works:
Firstly, we expo