检索结果-内蒙古大学图书馆

红外与激光工程 2023年第12期52卷 173-178页

作者：张庆辉李浩吕磊卢盛林潘威河南工业大学信息科学与工程学院河南郑州450001 广东奥普特科技股份有限公司研发部广东东莞523000

相移轮廓术因其高精度和高鲁棒性广泛应用于三维重构。由于需投射多幅条纹图到物体表面,相移轮廓术要求物体在重构过程中保持静止,导致运动物体的三维重构精度较低。文中提出了一种基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构方法。首先调... 详细信息

相移轮廓术因其高精度和高鲁棒性广泛应用于三维重构。由于需投射多幅条纹图到物体表面,相移轮廓术要求物体在重构过程中保持静止,导致运动物体的三维重构精度较低。文中提出了一种基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构方法。首先调整相机和投影仪时序,使投影仪投射一幅条纹图的同时,相机完成两次采集。然后分析物体运动对双采样条纹图的影响,并建立条纹描述方程。结合物体的运动信息,提取混合相移条纹图中的相位信息。最终对拍摄条纹图进行复用,提高运动物体的三维重构帧率。实验结果表明,该方法不仅可以精确重构运动物体,减少运动误差,还在投影速度受限的前提下提高了运动物体的三维重构帧率。

关键词：相移轮廓术动态测量三维重构高帧率

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正交光栅相移轮廓术的相位误差分析及其校正

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光学学报 2021年第14期41卷 87-98页

作者：李付谦陈文静四川大学电子信息学院光电系四川成都610065

正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位。但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论。为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测... 详细信息

正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位。但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论。为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测量的影响,推导了带有非线性误差的相位表达式,并分析了两个方向相位相互串扰的原因。在此基础上,分别研究了抑制非线性误差的主动校正法和被动校正法,提出了可消除2阶非线性误差的双5步相移法,并利用基于统计分析的伽马校正法确定系统伽马值,主动改变正交条纹编码来抑制非线性误差。同时,完成了两种方法的对比,计算机仿真和实验结果表明,主动伽马校正法更实用。

关键词：测量相移轮廓术正交光栅投影非线性分析相位分析相位误差校正

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利用频率编码的少图像相移轮廓术

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激光与光电子学进展 2024年第20期61卷 253-261页

作者：吴冰杰刘凯四川大学电气工程学院四川成都610065 酒泉卫星发射中心甘肃酒泉735008

为了减少相移轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种新的相位展开方法。首先,在3步相移模式下额外投影1张在固定位置频率跳变的余弦编码图像,从捕获的4张图像中计算余弦真值;其次,利用在不同周期内绝对相位... 详细信息

为了减少相移轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种新的相位展开方法。首先,在3步相移模式下额外投影1张在固定位置频率跳变的余弦编码图像,从捕获的4张图像中计算余弦真值;其次,利用在不同周期内绝对相位和余弦真值间不同频率的余弦关系,通过迭代插值的方式获得相位截断点,并进行相位展开;最后,对截断点附近出现的阶次跳变误差通过三分相位的方法进行校正。实验结果表明,本文方法仅需4张图像就可以完成多频模式下的时域相位展开,并且不受相位中断的影响。当相移图像周期数为15时,相位解算结果和多频递进方法一致。

关键词：三维重建相移轮廓术相位展开三分相位方法

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基于相移轮廓术的多核异构三维测量系统

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激光与光电子学进展 2023年第14期60卷 228-237页

作者：方智慧陈彬伍世虔武汉科技大学信息科学与工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081

在充分兼顾嵌入式三维测量系统对高效性、集成性、通用性以及灵活性等需求的基础上,设计了一种由3个异构核心构成的结构光三维测量系统架构。该多核异构架构层次清晰、结构灵活、通用性强,能兼容多种通用接口的光学器件(相机、投影仪等... 详细信息

在充分兼顾嵌入式三维测量系统对高效性、集成性、通用性以及灵活性等需求的基础上,设计了一种由3个异构核心构成的结构光三维测量系统架构。该多核异构架构层次清晰、结构灵活、通用性强,能兼容多种通用接口的光学器件(相机、投影仪等)。在此架构基础上,结合现场可编程门阵列并行流水优化方法,设计并实现了一种涵盖相位解调、解包裹以及相位深度映射等模块的全流程结构光三维测量系统。实验结果表明,所提方法在测量精度与传统PC平台相当的情况下,大大提高了测量效率,处理13幅1280×800分辨率的图像仅需12 ms,是同类算法在传统PC平台上的11倍。

关键词：测量多核异构结构光相移轮廓术互补格雷码

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基于相移轮廓术的双采样双步运动物体三维重构

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激光杂志 2024年第12期45卷 194-199页

作者：梁义涛代家贝吕磊河南工业大学信息科学与工程学院郑州450001

近年来,基于相移轮廓术的测量方法不断被用于实时的运动物体三维重建。物体运动导致在多幅相移条纹中位置不同,同时产生了未知的相移量,导致传统相移轮廓术无法高精度测量运动物体。针对运动物体,提出了一种基于双采样的双步高帧率三维... 详细信息

近年来,基于相移轮廓术的测量方法不断被用于实时的运动物体三维重建。物体运动导致在多幅相移条纹中位置不同,同时产生了未知的相移量,导致传统相移轮廓术无法高精度测量运动物体。针对运动物体,提出了一种基于双采样的双步高帧率三维重构方法。在一个条纹投影周期下采样两次运动物体条纹图像,通过分析物体运动在相同投射条纹下以及不同投射条纹间对相位的影响,建立不同情况下的条纹描述方程,最终在环境光已知的前提下基于两幅条纹图实现运动物体三维重构。实验结果表明,本方法不仅实现了运动物体三维重构,重构帧率也显著提高。

关键词：条纹投影相移轮廓术三维重建动态测量

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基于条件生成对抗网络的异步相移轮廓术三维重构研究

基于条件生成对抗网络的异步相移轮廓术三维重构研究

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作者：步晨皓河南工业大学

学位级别：硕士

结构光三维成像在智能制造、医疗和娱乐等场景中发挥着重要作用。然而目前的结构光成像方法依赖于投影仪与相机的同步关系,限制了成像设备进一步推广应用。一旦相机和投影仪非同步,则引起投射条纹在相机曝光时间内发生切换,引起条纹混... 详细信息

结构光三维成像在智能制造、医疗和娱乐等场景中发挥着重要作用。然而目前的结构光成像方法依赖于投影仪与相机的同步关系,限制了成像设备进一步推广应用。一旦相机和投影仪非同步,则引起投射条纹在相机曝光时间内发生切换,引起条纹混叠。本研究提出一种基于生成式深度神经网络的异步相移轮廓术三维成像方法,去除了相机和投影仪之间的同步约束。在不依赖投影系统任何先验约束的情况下,提出了一种具有U-net编码器-解码器架构的生成式深度神经网络,通过探索条纹图像混叠的内在原理,直接学习底层条纹特征。在对抗学习框架内进行训练,并通过统计信息损失函数对网络训练进行监督,实现了分离混叠条纹图像获得非混叠图像的功能。最终通过评估强度、相位和三维重构的性能完成验证实验。本研究主要工作如下: 1.提出了异步条纹成像数学模型。传统相移轮廓术模型无法基于异步系统实现三维重构的根本原因是传统模型无法描述相机瞬态响应,而异步系统中投射条纹会在相机曝光时间内发生条纹切换。本研究首先分析异步相移轮廓术三维成像系统特性,随后基于相机成像原理,提出异步条纹成像数学模型。 2.构建了混叠条纹分离的条件生成对抗神经网络。基于异步条纹成像数学模型机理和特征,利用深度学习算法分离因相机投影仪异步引起的条纹混叠。基于生成对抗网络分析研究并设计生成器结构,构建一种新型的多层次生成对抗网络,用于混叠条纹的恢复,解决异步条纹混叠问题。 3.设计并搭建异步相移轮廓术三维重构系统。本研究分别搭建了电脑端和手机端的异步相移轮廓术三维重构系统,相机和投影仪之间无需同步关联,并实现了异步条纹图像采集、混叠条纹图分离、系统标定等功能。

关键词：结构光相移轮廓术异步生成对抗经网络三维成像

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基于复合条纹相移轮廓术与五轴运动平台的多视角三维测量系统研究

基于复合条纹相移轮廓术与五轴运动平台的多视角三维测量系统研究

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作者：莫健华广东工业大学

学位级别：硕士

我国3C制造业的迅猛发展,对精细复杂零件的三维检测提出了多方位、高精度成像需求。非接触式三维光学检测方法是3C制造业精密检测环节的重要工具,其中的相移轮廓术因其显著的效率优势而被广泛关注和研究。目前,三维视觉扫描系统受限于... 详细信息

我国3C制造业的迅猛发展,对精细复杂零件的三维检测提出了多方位、高精度成像需求。非接触式三维光学检测方法是3C制造业精密检测环节的重要工具,其中的相移轮廓术因其显著的效率优势而被广泛关注和研究。目前,三维视觉扫描系统受限于大视场和高精度的矛盾,还难以在工业领域推广应用。本文面向3C制造业三维高速精密检测应用需求,针对相移轮廓术中存在的非线性光强校正、大范围多视角测量难题,深入研究三维结构光成像原理与多轴运动平台多视角测量方法,提出复合条纹结构光编码新方法、网格模型构建算法和多视角点云拼接算法,搭建三维测量装置与五轴运动平台,开发多视角三维测量集成系统,并通过实验验证所开发系统的功能。本文的主要研究内容概括如下:(1)通过广泛深入调研了各种国内外光学三维检测技术,了解目前结构光三维检测技术在成像原理和方法上的研究进展,分析该方法在检测精度、速度提升和多视角测量等方面存在的关键问题,明确本文研究内容及方案;(2)现有相移轮廓术易受到投影仪非线性光强响应的影响,产生较为严重的非线性误差。本文针对这一关键问题,提出一种全新的结构光条纹编码方法,即复合正弦-梯形相移条纹编码。该编码可以对被测物体表面轮廓和系统光强响应模型的同时进行编码,实现对捕获条纹图像的非线性强度校正,在不增加投影结构光数量的情况下,有效降低非线性误差,提高三维测量精度;(3)针对结构光三维检测系统中的点云降噪、几何尺寸测量等问题,研究点云的体素滤波、降采样方法、和三维几何体拟合算法,提出一种基于改进圆扫描算法的三角网格模型构建方法,有效解决三角网格模型重建效率低的难题;(4)针对目前多视角点云拼接算法效率与精度较低问题,提出面向大视场多角度点云的五轴运动平台辅助拼接方法。通过该五轴平台的运动学建模、标定算法与基于平台位姿信息的粗、精配准算法研究,有效实现大视场多视角点云拼接;(5)在上述关键算法研究基础上,开发一套基于五轴运动平台的结构光三维检测集成系统,基于C++语言、QT界面库、Open CV图像处理库和Open GL三维图形库等工具,编程实现三维检测集成系统的关键算法,形成了一套多视角结构光三维检测软件,并通过实验验证本文所提算法及系统的有效性。

关键词：相移轮廓术复合条纹编码非线性误差多视角测量五轴运动平台点云拼接

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基于相移轮廓术的运动物体三维测量方法研究

基于相移轮廓术的运动物体三维测量方法研究

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作者：郭浩然河南工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,物体表面三维轮廓、外形尺寸等形貌数据的测量需求日益增加,对测量精度和应用场景的要求也逐渐提高。相移轮廓术因其精度高、速度快、抗干扰能力强等优点,成为最受欢迎的三维形貌测量方法之一。然而传统相移轮廓术... 详细信息

随着科学技术的发展,物体表面三维轮廓、外形尺寸等形貌数据的测量需求日益增加,对测量精度和应用场景的要求也逐渐提高。相移轮廓术因其精度高、速度快、抗干扰能力强等优点,成为最受欢迎的三维形貌测量方法之一。然而传统相移轮廓术需要在测量过程中投射多幅正弦波条纹图到物体表面,要求物体在测量过程中保持静止。一旦物体发生运动,则导致测量失败。本文基于相移轮廓术理论针对运动物体的三维测量展开研究。首先对物体的运动进行跟踪和数学描述,进而分析物体运动对正弦波相位的影响,建立包含运动信息的三维重构模型,最终基于最小二乘等算法提取正确的相位信息。其中,物体运动跟踪则采用彩色相机多通道分离技术和物体特征点提取算法,并使用旋转平移矩阵描述物体运动;通过分析不同运动类型对相位信息的影响,将物体的运动信息引入到系统模型中,使系统模型精确描述运动物体的三维重构过程。该算法不仅改进了传统相移轮廓术的理论,还有效去除物体运动引起的测量误差,实现了运动物体的高精度测量,扩展了相移轮廓术的应用范围。为验证所提方法的精度和鲁棒性,同时更好地适应不同场景下的测量需求,本文基于上述算法搭建了一套三维测量系统,该系统旨在根据不同的场景需求实现灵活高效的三维测量。该系统包括:投影仪图像准备、相机标定、投影仪标定、标准三维测量、动态三维测量等功能。最后,本文还对该三维测量系统进行了实验验证,实验结果证实了测量方案的有效性和系统的可靠性。

关键词：三维测量相移轮廓术动态测量条纹分析

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基于相移轮廓术的三维测量方法研究

基于相移轮廓术的三维测量方法研究

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作者：李沩沩重庆理工大学

学位级别：硕士

随着数字化时代的到来,人们获取三维数据的需求日益增加,快速、无接触的光学三维测量技术应运而生。其中,基于相位调制的相移轮廓术因其鲁棒性强、低成本、全场测量等优点,成为目前主流的三维测量方法之一,并在工业检测、文物数字化保... 详细信息

随着数字化时代的到来,人们获取三维数据的需求日益增加,快速、无接触的光学三维测量技术应运而生。其中,基于相位调制的相移轮廓术因其鲁棒性强、低成本、全场测量等优点,成为目前主流的三维测量方法之一,并在工业检测、文物数字化保护、逆向工程和医学影像等领域扮演了重要的角色。但是相移轮廓术仍然存在许多问题与挑战。本文主要围绕相移轮廓术中的系统非线性校正、相位展开等关键技术展开研究。本文的主要研究内容如下 (1)基于相机针孔成像原理建立了测量系统中投影仪和相机的光学几何模型,分析了相机与投影仪的标定原理与方法,通过基于参照物的标定方法标定相机、投影仪的内外参数。 (2)由于投影仪的非线性响应,导致相机采集的光栅图案出现非正弦性,使得相位解算时出现相位误差。传统的双N步相移算法通过附加一组相位差为π/N的相移条纹能够有效的减小相位误差,但增加的投影条纹影响了测量效率且对于后续的相位展开没有提供帮助。为此,提出了双N步相移结合N元正弦码元改进的时间相位展开方法,将双N步相移算法投射的2N个相位初值不同的正弦条纹作为码字,同时通过将两组条纹间的相位差编码嵌入正弦条纹中,进一步扩展相位展开的编码级次,仅投影一副额外的编码条纹图案就可以获得8N个条纹级次。实验结果表明,相较于传统双N步相移结合格雷码方法,所提算法在测量误差相同的情况下,减少了所需投影图像数量,提高了测量效率。 (3)针对相位差编码嵌入正弦条纹导致的跳变区域相位解调误差,提出灰度编码嵌入相移条纹的复合编码策略,在正弦相移条纹中嵌入灰度编码条纹,扩展了相位展开码字范围。由于量化的条纹级次在强度域中编码,编码条纹阶数的获取更易受到环境光、模糊和噪声等因素的影响,通过分区块的校正技术来消除不可避免的干扰引起的跳变相位误差。实验结果表明,该方法通过强度域的灰度编码能有效的扩展相位展开级次,同时在精度上与双N步相移算法接近。

关键词：三维重建相移轮廓术双N步相移法相位展开误差复合编码

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基于相移轮廓术的快速测量技术研究及仪器开发

基于相移轮廓术的快速测量技术研究及仪器开发

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作者：王建鹏南昌大学

学位级别：硕士

随着科学技术和工业生产的发展，在机器视觉、实物仿形、工业自动检测、产品质量控制、生物及医学检测等领域中，人们对三维面形测量的需求越来越多。当前，发展快速、高精度、非接触的三维面形测量技术成为科技领域中的一个研究热点。... 详细信息

随着科学技术和工业生产的发展，在机器视觉、实物仿形、工业自动检测、产品质量控制、生物及医学检测等领域中，人们对三维面形测量的需求越来越多。当前，发展快速、高精度、非接触的三维面形测量技术成为科技领域中的一个研究热点。其中基于光栅条纹投影的相移轮廓术(PSP)具有利于计算机高速处理、不受物体表面反射率的影响和测量精度高的优点，因此特别适合三维面形数据的准确快速测量。本文研究和总结了三维型面测量技术在国内外发展的动态和趋势，系统地探讨了相移轮廓术法的理论体系，对其关键技术作了深入研究，并在此理论基础上进行了三维测量数字化仪的开发。概述了目前三维测量的主要方法，总结了各种方法的优缺点及应用场合。对相移轮廓术做了研究，论述了相移轮廓术的基本原理，分析了相移轮廓术的系统光路结构，从数学上推导出与该光路结构对应的相位和三维物体高度之间的关系，并且给出了实例。对相移轮廓术中的关键技术相位去包裹进行了研究。结合有关专著和近年来相关文献及作者的研究体会就相位去包裹的有关基本问题做了论述，分析了包裹相位的产生原因，描述了相位去包裹的过程，详细介绍了基于路径预测的区域增长去包裹算法，对这一算法的改进做了研究，并用试验证明了改进后的优越性。本文还论述了其它常用的相位去包裹方法，对各自的优缺点做了分析，探讨了这些相位去包裹方法适用的条件。对拼接技术进行了论述，提出了通过两种途径实现三维型面的拼接，一是先对分块得到的变形栅线图进行拼接再恢复出整体的三维轮廓图；二是先分块恢复出高度图再进行三维型面的拼接，两种途径都做了细致的分析，并给出了实例进行了验证。在理论研究的基础上开发了三维测量的数字化仪，仪器的创新主要有二点：一是针对以往测量系统存在的缺点，在总结前人的成果基础上，提出了图像采集新的解决方法——基于USB总线摄像头的图像采集方法，图像卡内置在摄像头内，解决了过去图像卡与CCD分离的问题，从而使得采集系统简单、方便、高效。二是仪器采用单片机控制，计算机通过串口完成对仪器的所有控制，其优点在于仪器更加智能化，更便于操作。论文最后针对本课题进行了总结并对后续工作进行了展望。在附录中给出了仪器最关键部件即自制控制板的电路图和实物图。

关键词：三维面形测量相移轮廓术相位去包裹拼接技术 USB总线

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