检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：李浩河南工业大学

学位级别：硕士

大豆是中国重要粮食作物之一,对其品质进行自动化检测有着重要意义且存在巨大需求。现有方法大多基于二维图像中的特征数据进行检测,然而反应大豆品质的尺寸、体积等重要指标要求获得三维数据。如何快速、准确地获取大豆三维信息是品质... 详细信息

大豆是中国重要粮食作物之一,对其品质进行自动化检测有着重要意义且存在巨大需求。现有方法大多基于二维图像中的特征数据进行检测,然而反应大豆品质的尺寸、体积等重要指标要求获得三维数据。如何快速、准确地获取大豆三维信息是品质检测的重要研究内容。本文基于结构光三维重构技术对大豆进行高精度三维重构,通过对其点云数据进行分析与处理,提取反应大豆品质的三维几何特征数据,为自动化检测大豆品质提供支撑。本文开展的主要研究工作如下所述:(1)基于相移轮廓术的高帧率运动大豆三维重构算法。针对硬件设备帧率低而运动物体三维重构帧率需求高的矛盾,本文通过在投影仪与相机之间增加一个触发控制电路,使投影仪每投一张条纹图,相机连续抓拍两次。获得的条纹图之间既存在物体运动引起的相移,又存在PSP方法的固有相移。针对混叠相移条纹图分析物体运动的影响,提取运动大豆的正确相位信息,进而完成高帧率运动大豆三维重构。(2)基于点云数据的大豆几何特征提取算法。针对获取到的点云数据包含背景、阴影等噪声的问题,开发了平面剔除、点云清理等预处理方法;进而完成连通域分割以及轮廓提取获得大豆三维数据,实现表面积和体积等三维几何特征的提取。(3)可视化大豆三维扫描及几何信息提取系统。搭建三维扫描硬件系统;基于C++和QT完成软件开发。实现了系统标定、三维重构和几何特征提取、数据结果展示等功能。

关键词：动态测量相移轮廓术特征提取高帧率

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基于PSP的多目标运动物体三维重构方法研究

基于PSP的多目标运动物体三维重构方法研究

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作者：贾钊逸河南工业大学

学位级别：硕士

动态场景的三维重构是流水线产品尺寸测量或缺陷检测等应用的基础。相移轮廓术(Phase shifting profilometry-PSP)具有精度高、速度快、鲁棒性强等优点,是三维重构中最常用的技术之一。多幅具有一定相移的正弦条纹图(通常至少三幅)从一... 详细信息

动态场景的三维重构是流水线产品尺寸测量或缺陷检测等应用的基础。相移轮廓术(Phase shifting profilometry-PSP)具有精度高、速度快、鲁棒性强等优点,是三维重构中最常用的技术之一。多幅具有一定相移的正弦条纹图(通常至少三幅)从一个角度投影到物体表面,并由相机从另一个角度拍摄反射回来的变形条纹图;根据捕获到的多幅条纹图像,提取相位并进行三维重构。相移轮廓术可实现静态物体三维形貌的高精度重构,但对于运动物体则重构误差较大。其根本原因为相移轮廓术需要多个条纹图进行物体重构,而传统相移轮廓术理论不包含物体的运动信息,无法描述运动对相位的影响,导致当物体在条纹图间发生运动时测量误差较大。除了运动问题之外,在实际应用中常常不止存在唯一一个被测物体,可能同时存在多个物体,这就需要找到同时测量多个运动物体的方法。本文围绕多目标运动物体三维重构展开研究。首先针对测量场景中存在具有相同运动的多目标物体提出了一种新的双频相位解包裹方法。当多个物体进行三维重构时,需投射高、低两个频率的条纹图到物体表面,根据高低频率相位图之间的关系进行相位解包裹,进而完成三维重构。投射额外的条纹图增加了运动引起的测量误差。本文通过分析物体运动对高、低频率相位图的影响,通过物体运动跟踪与数学描述,利用运动信息补偿了因运动引起的相位变化;最后,基于传统的双频相位解包裹方法对相位值进行展开。为了重构具有不同运动的多目标物体,本文还提出了一种自动识别、跟踪和重构具有不同运动的多目标物体三维测量的方法。首先,对目标物体进行自动识别并得到边界范围;其次,基于目标物体的图像,利用KCF算法在运动后的连续条纹图中跟踪物体运动;然后,应用SIFT方法找到同一物体运动前后的特征点并匹配对应关系,再用旋转平移矩阵分别描述不同物体的运动;分析物体运动与相位值的关系,建立包含运动信息的重构模型,消除运动引起的误差;最后,分别对多个目标物体进行高精度重构。通过搭建实验系统验证了本文提出的新方法,实验结果表明所提方法能有效地减少由物体运动引起的重构误差,扩展了三维重构的应用范围,具有较高的工业应用价值。

关键词：三维重构相移轮廓术动态测量条纹分析

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3D测量的光场投射研究

3D测量的光场投射研究

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作者：许力电子科技大学

学位级别：硕士

三维成像与传感技术是获取真实三维世界信息的重要方式,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。随着人工智能和大数据的发展,物体三维形貌数据的获取与应用得到越来越高的关注,也促进了三维测量技... 详细信息

三维成像与传感技术是获取真实三维世界信息的重要方式,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。随着人工智能和大数据的发展,物体三维形貌数据的获取与应用得到越来越高的关注,也促进了三维测量技术的蓬勃发展。三维形貌测量的应用范围广泛,如:人脸识别、目标检测、VR(虚拟现实技术)及产品检验等方向,这也对三维测量提出了更高的要求。结构光三维测量技术是常用的光学三维测量技术,通常使用正弦条纹编码,测量精度可以达到几十分之一到几百分之一个等效波长,帧率能达到几十kHz。由投影仪产生的正弦条纹实际上是通过多个像素点不同的亮度来实现的,而像素点是有一定尺寸限度的,因此被投射的显示器上条纹图案的周期不可能太小,对于需要探测小面积区域的情况反而不合适。而数字投影仪自身的响应时间在微秒量级,低于高速相机的帧率。本文提出了一种新型结构光投影方式,对投影原理进行了理论分析,设计了一种正弦条纹场投射模块。该模块具有结构小巧、控制简单等优点,而且背光源使用LED芯片,响应时间在纳秒量级,理论上可以做到高速测量。论文主要研究内容如下:1、结构光编码方法分析比较;分析了几种常用的结构光编码方式,比较了各个方法的优劣,介绍了基于正弦相位编码的傅里叶变换轮廓术和相移轮廓术的基本原理,在相移轮廓术测量速度和测量精度之间折中选择了四步相移法作为论文研究方法。2、结构光投影方式分析比较;简要介绍了结构光投影方式的发展,分析了目前常用的几种基于二进制图案散焦形成正弦条纹的技术。由于只使用了2级灰度,测量速度得到提高,但这些散焦方式受制于投影仪镜头且程度不好控制。3、基于二进制正弦图案的投影条纹研究;提出了一种基于二进制正弦图案来产生正弦条纹图案的方法,与传统方法比较,该方法不需要进行散焦。由于采用了底片方式,正弦图案的尺寸可以更小、更精细,而且具有二进制图案的优点,切换速度快,可以用于高速测量。通过仿真分析了光扩展方向和散焦对形成正弦条纹的影响,设计了正弦条纹场投射模块并搭建了三维测量系统对该方法进行了实验验证。

关键词：光场投影二进制正弦图案相移轮廓术投影结构

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基于结构光的透明物体三维重建技术研究

基于结构光的透明物体三维重建技术研究

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作者：刘峰河南工业大学

学位级别：硕士

基于视觉的三维重建算法在机器视觉、物料抓取等领域中扮演着重要的角色,其能够在不接触物体的情况下,通过相机获取物体的深度和姿态信息。相移轮廓术是应用最广泛的结构光三维重建技术之一,通过投影仪投射一组结构光条纹图到物体表面,... 详细信息

基于视觉的三维重建算法在机器视觉、物料抓取等领域中扮演着重要的角色,其能够在不接触物体的情况下,通过相机获取物体的深度和姿态信息。相移轮廓术是应用最广泛的结构光三维重建技术之一,通过投影仪投射一组结构光条纹图到物体表面,再由相机从另一角度进行拍摄,经过相位提取、相位解包裹、系统标定等步骤完成三维重建。在重建漫反射表面物体时,相移轮廓术可实现高精度三维重建。然而,由于需投射结构光图像到物体表面,透明物体的光线传输过程包含前后表面的多次反射,引起采集到的条纹图像混叠,导致相移轮廓术在透明物体三维重建中效果较差。本文系统地分析了透明物体的光线传输特性,提出了基于相移轮廓术的透明物体光线传输模型;基于生成模型去除了透明物体条纹混叠,得到了正确的透明物体表面条纹图像,为透明物体三维重建提供了新的思路。通过实验验证,本文所提方法不仅对透明物体的重建效果良好,还实现了对半透明和局部透明物体的三维重建,证明了该方法的有效性和可扩展性。本文主要的研究内容为: (1)提出了基于相移轮廓术的透明物体光线传输模型。通过对透明物体的光线传输特性进行研究,分析了条纹图在透明物体中的光线传输特性,研究了在条纹图作用下透明物体的相机成像模型,最终得到基于相移轮廓术的透明物体光线传输模型,并进一步分析了基于相移轮廓术的半透明物体和局部透明物体的光线传输模型; (2)构建了基于生成模型的透明物体混叠条纹分离模型。经过对光路传输模型和扩散模型的深入分析,将带条件控制的扩散模型与光路传输模型深度结合,提出去除透明物体条纹混叠效应的生成式网络模型,实现了从混叠的条纹图中估计前表面条纹光强分布; (3)搭建了透明物体三维重建系统。该系统包含了数据集采集、服务端以及三维重建三个子系统,子系统间通过HTTP协议进行数据传输。该系统可有效帮助用户进行数据集采集、管理显卡资源、协调网络训练和估计前表面光强分布等工作,简化了数据管理和实验操作的复杂性; (4)最后,对透明物体三维重建算法进行了实验验证,从二维图像去混叠效果、包裹相位误差以及三维重建点云精度等多个维度分析了实验误差,并实现了半透明和局部透明物体三维重建,证明了该方法的可行性与可扩展性。

关键词：透明物体三维重建扩散模型相移轮廓术

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基于条纹投影的运动物体表面重建

基于条纹投影的运动物体表面重建

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作者：陈智鹏华中科技大学

学位级别：硕士

运动物体表面重建是工业测量领域的重要问题。在诸多表面重建技术中,条纹投影技术以其系统组建简单、测量精度高等优点,在工业场景中运用广泛。近些年,传统的标准化工业制造逐渐转型为生产定制化产品,使得工业流水线需要频繁根据生产计... 详细信息

运动物体表面重建是工业测量领域的重要问题。在诸多表面重建技术中,条纹投影技术以其系统组建简单、测量精度高等优点,在工业场景中运用广泛。近些年,传统的标准化工业制造逐渐转型为生产定制化产品,使得工业流水线需要频繁根据生产计划重新布置,进而导致物体运动方向经常变化。然而传统测量设备聚焦于测量确定运动方向的物体,难以适应当前运动方向多变的测量场景。在条纹投影技术中,由于投影条纹存在方向性,对不同运动方向的物体表面重建存在较大差异。本文分析了传统的条纹投影技术在运动方向多变的场景中的挑战,根据条纹方向与物体运动方向的关系,将运动场景分为平行条纹方向运动和垂直条纹方向运动,两种基本运动情况。针对现有方案在平行条纹方向运动场景中存在的物体运动范围受限问题,本文在其基础上,形成了一种基于质心的图像对准方案,通过对图像进行校正,降低了物体运动范围限制。本文针对现有方案在垂直条纹方向运动场景中存在的计算复杂度高、对输入参数要求较高的局限性,提出了一种图像序列相位补偿方案,利用图像间约束关系,迭代补偿相位偏移,减少了计算复杂度,降低了输入参数要求。实验测试表明,本文研究的基于条纹投影运动物体重建方案兼容不同运动方向,与静态物体表面重建精度近似。本文工作可以帮助企业在现有的条纹投影测量设备基础上,通过软件升级,满足工业制造转型升级过程中对测量方案的要求。

关键词：计算成像条纹投影相移轮廓术相位补偿运动物体

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基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建技术研究

基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建技术研究

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作者：李敏华中师范大学

学位级别：硕士

三维重建技术在制造业、医学、考古发掘和仿生设计等领域具有广泛应用。其中,基于条纹投影的非接触式光学三维重建技术,以其测量速度快,精度高,抗干扰性以及鲁棒性等优点,最具有应用前景。静态物体三维重建技术已日渐成熟,如今,越来越... 详细信息

三维重建技术在制造业、医学、考古发掘和仿生设计等领域具有广泛应用。其中,基于条纹投影的非接触式光学三维重建技术,以其测量速度快,精度高,抗干扰性以及鲁棒性等优点,最具有应用前景。静态物体三维重建技术已日渐成熟,如今,越来越多的需求是对某个场景下的物体进行实时重建,而现实场景中的物体大多是运动的,因此,如何快速且高精度地重建运动物体的三维形貌成为研究热点。为了解决这一核心问题,本文提出了一种基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建方法。该方法只投影单幅条纹,相较于传统的方法,投影条纹数量少,解决了投影仪和相机的同步问题,提高了重建速度,且相移由物体的运动引入,根据相位与物体运动的关系,解决物体运动导致重建出错的问题,重建结果精度高,本文主要的研究内容和取得的成果包含以下几个方面:1.在深入理解基于正弦波条纹投影技术的基础上,讨论了运动物体重建过程中,采用传统方法计算相位出错的原因。利用尺度不变特征转换算法(SIFT:Scale Invariant Feature Transform)跟踪物体运动。为了获取用于SIFT算法的纯物体图像,投影彩色条纹图,通道分离得到的纯物体图像应用SIFT算法提取物体表面的特征点。2.提出一种运动物体相位提取方法,投影单幅条纹图,条纹图之间的相移由物体运动引入。用旋转平移矩阵描述物体在平面上的二维运动,建立起物体运动前后的位置关系。分析了基于单幅图投影条纹相位与物体运动引入相移之间的关系,根据动态场景下的物体表面投影条纹表达式,推导出了运动物体相位提取公式。其中,利用奇异值分解(SVD:Singular Value Decomposition)计算旋转平移矩阵。3.重建表面不连续或者起伏过大的物体时,为了计算出正确的解包裹相位,采用双频相位解包裹方法,由于双频相位解包裹方法要求相机捕获到的高频和低频条纹图中物体位置需一致,因此,提出一种双频相位解包裹误差补偿方法,对高低频物体相位的误差进行补偿,获取正确的物体解包裹相位。本文提出的方法主要分为条纹生成与投影、运动跟踪、相位误差补偿、相位解包裹、三维重建五部分。为了验证所提方法的准确性,进行了仿真和实验,并计算均方根误差作为定量分析的指标。

关键词：动态测量相移轮廓术条纹分析相位提取相位解包裹

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基于深度学习的混叠条纹图像分离方法研究

基于深度学习的混叠条纹图像分离方法研究

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作者：周稳华中师范大学

学位级别：硕士

结构光三维测量技术具有高精度、非接触式、高效性、通用性和实时性等优势,因此被广泛应用于工业、科学研究、医学影像等领域。相移轮廓术则属于其中相位测量技术之一,它需要至少投射三幅相移条纹图案,精度随着使用的条纹图案数量增加... 详细信息

结构光三维测量技术具有高精度、非接触式、高效性、通用性和实时性等优势,因此被广泛应用于工业、科学研究、医学影像等领域。相移轮廓术则属于其中相位测量技术之一,它需要至少投射三幅相移条纹图案,精度随着使用的条纹图案数量增加而提高。然而,过多的条纹图案数量会增加投影和采集的时间。针对这种情况,本文提出了基于深度学习的混叠条纹图像分离方法,首先通过混叠条纹的方式减少条纹数量,然后在利用深度神经网络算法将混叠条纹分离,让模型学习混叠条纹和对应生成条纹之间复杂的映射关系,并针对最后分离出的条纹图像去改进神经网络结构。最后用投射混叠图的方法代替传统条纹图的方案,用分离出的条纹图案去进行三维重构。本文的研究内容主要包括: 1.基于改进CGAN网络的实现。首先,本文对混叠条纹是如何生成的进行了介绍,其次,我们搭建了条件生成对抗网络,由于CGAN训练过程存在稳定性的问题主要是由于损失函数导致的,因此采用LSGANs对原始损失函数进行了优化。网络中全连接层会降低生成图像的质量,对此本文加入DNN而采用了DCGAN的结构。通过设计判别器和生成器后,完成了总体网络结构的构建。最后用仿真图像数据进行测试验证,通过搭建的网络对混叠条纹图像进行分离,仿真结果显示,分离出的估计图像与原图差异很小,验证了网络的可用性。 2.基于分离混叠图像的三维重建实现。首先,本文构建了自己的条纹图数据集,将数据集分为训练,测试和原图三部分,我们将混叠图作为网络输入进行实验,可以分离得到与原图类似的估计图像,将分离出的估计图像和原图同时利用PSP相移法计算包裹相位,使用多频法解包裹后使用估计图像来三维重构。为了判断估计图像与原图的差异,本文将原始图像和分离后的图像从直接做差,提取后的包裹相位和三维重建结果这三个方面进行对比分析。实验表明分离出的估计正弦条纹图像与原图在这三个方面差异非常小,从而我们可以使用投射混叠图经过提出的生成生成对抗网络分离出的估计正弦条纹图像来代替直接投射的正弦条纹图像,达到了保持高精度的同时,可以减少相移轮廓术使用条纹图案数量的目的。

关键词：相移轮廓术深度学习条件生成对抗网络混叠条纹分离三维重构

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基于彩色复合光栅的快速三维测量研究

基于彩色复合光栅的快速三维测量研究

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作者：马乐北京交通大学

学位级别：硕士

光学三维测量技术以现代光学为基础,集光电子学、图像图形计算处理、计算机控制等技术于一体,是科学、工程技术飞速发展所催生出的现代非接触式测量方法之一。由于其精度高,且速度快,在工业产品检测、医疗检查、空间遥感等诸多领域都具... 详细信息

光学三维测量技术以现代光学为基础,集光电子学、图像图形计算处理、计算机控制等技术于一体,是科学、工程技术飞速发展所催生出的现代非接触式测量方法之一。由于其精度高,且速度快,在工业产品检测、医疗检查、空间遥感等诸多领域都具有广泛的应用前景。基于光栅投影的三维测量技术主要有傅立叶变换轮廓术,相移轮廓术等。傅里叶变换轮廓术只需采集一帧目标变形光栅图就能恢复出目标物体三维面形信息,该方法测量速度快,但精度不高。而相移轮廓术则根据算法的不同需要拍摄N帧精确相移的光栅图像,算法中不涉及傅里叶变换、滤波等复杂的数学运算,精度高。但是由于需要多帧光栅图像进行相位的计算,其测量速度有待提高。为保证测量精度,同时又能够适于快速动态测量,本文重点研究基于彩色复合光栅的相移轮廓术。文中阐述了相移轮廓术的基本原理,搭建了基于彩色复合光栅投影的相移轮廓术的测量系统,针对系统的非线性等因素对测量精度的影响,进行了基础性的研究,提出了两种基于传递函数的改善彩色光栅正弦性的方法。研究的主要内容如下：1.分析、讨论了相移轮廓术的基本原理,简述了光栅图像质量对相移轮廓术精度的影响,以及相关的校正方法。2.使用彩色CCD相机和彩色投影仪搭建了三维测量系统。基于三步相移技术,将三帧相移图预先固定在投影仪的红、绿、蓝三个通道中,形成彩色复合光栅,彩色投影仪投影彩色光栅,彩色CCD接收光栅图像,送入计算机进行处理。3.针对实际采集到的彩色光栅图样各颜色通道灰度分布不均匀、正弦性不好等问题,研究了光栅投影质量对测量误差的影响；将传递函数的概念引入到彩色复合光栅的校正中来,提出了两种基于传递函数的方法来校正彩色投影光栅。4.讨论了测量系统的标定原理,进行了高度方向的标定,对人脸面具进行了三维恢复。相关实验结果显示,本文提出的光栅校正方法能够有效地改善该系统拍摄得到的光栅图像质量,进而提升了系统的测量精度,而且方法简单,速度快。而采用彩色复合光栅投影的相移轮廓术只需采集一帧图像,也大大提升了测量速度。因此,改进后的PMP在轮对、钢轨等表面形貌的高速、在线测量方面有着广泛的应用前景。

关键词：光学三维测量相移轮廓术彩色光栅传递函数光栅投影校正

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一种提高光栅投影测量精度算法的研究

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桂林航天工业学院学报 2019年第4期24卷 461-467页

作者：王泳龙陈少航经本钦桂林航天工业学院电子信息与自动化学院

结构光三维测量中由于投影仪Gamma效应和倾斜投射时的周期展宽导致光栅条纹非正弦化,对测量结果造成比较明显的影响。文章通过实验分析了非正弦化的光栅条纹相位特征,在此基础上提出了一种基于Look-up table(LUT)的相位误差补偿算法。... 详细信息

结构光三维测量中由于投影仪Gamma效应和倾斜投射时的周期展宽导致光栅条纹非正弦化,对测量结果造成比较明显的影响。文章通过实验分析了非正弦化的光栅条纹相位特征,在此基础上提出了一种基于Look-up table(LUT)的相位误差补偿算法。通过理想连续相位与实测参考面连续相位的比较,得到相位误差查找表,再通过物体表面的相位值在LUT中找到相应的相位误差,对相位进行误差补偿。该算法在有效地消除了CCD的非线性效应和投影仪的Gamma效应带来的误差的同时,也校正了周期展宽的问题。实验证明,该方法有效地减小了相位误差,从而提高了测量精度。

关键词：相移轮廓术相移法 3D测量相位误差补偿

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基于结构光的油画表面三维形貌无损检测

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光学与光电技术 2022年第6期20卷 97-102页

作者：杨明李宏宁杨鑫陈豪赵海云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500

针对传统方法中检测变形油画的表面形貌时需要将油画布拆卸下来的情况,提出了一种油画表面三维形貌无损检测的方法。应用结构光三维检测技术获取油画表面的绝对相位分布,使用最小二乘法拟合二次曲面作为参考面,再将绝对相位与参考面的... 详细信息

针对传统方法中检测变形油画的表面形貌时需要将油画布拆卸下来的情况,提出了一种油画表面三维形貌无损检测的方法。应用结构光三维检测技术获取油画表面的绝对相位分布,使用最小二乘法拟合二次曲面作为参考面,再将绝对相位与参考面的差值作为实际相位,从而得到油画表面的高度分布。实验结果表明,该方法能够在不拆卸油画画布的情况下实现无损检测,对于不同变形程度的油画均具有较理想的检测效果。

关键词：结构光三维检测相移轮廓术最小二乘法油画表面无损检测

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