相位測量輪廓術(shù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)三維傳感具有廣闊的應(yīng)用前景，并且逐漸普及。采用結(jié)構(gòu)照明的三維傳感方 法，包括相位測量輪廓術(shù)(Phase Measlmement Profi|ometry，簡稱PMP)、傅立葉變換輪 廓術(shù)(Fourier Transform Profilometry，簡稱FTP)、調(diào)制度測量輪廓術(shù)(Modtdation Measllrement Profilometry，簡稱MMP)等，近年來受到了極大的重視。 相位測量輪廓術(shù)根據(jù)觀察物

2、體上條紋的變形情況來測量物體三維形貌。它通過多 幅相移條紋圖來計(jì)算得到截?cái)嗟南辔唬偻ㄟ^相位展開算法將截?cái)嘞辔徽归_為連續(xù)相 位，最后根據(jù)一定的算法從相位分布中恢復(fù)物體的實(shí)際三維面形。本論文的工作是在 已有的研究工作基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了相位測量輪廓術(shù)中的條紋投影及獲取，相位展開， 相位一高度映射關(guān)系，測量系統(tǒng)標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)，分析了影響相位測量輪廓術(shù)測量精 度的因素，討論了雙傳感器數(shù)據(jù)融合及三維測量數(shù)據(jù)計(jì)算全息可視化中的隱藏面問題

3、 等實(shí)際應(yīng)用問題。主要研究成果如下： 1．通過實(shí)驗(yàn)研究數(shù)字微鏡器件的時空特性對相位測量輪廓術(shù)的影響，分析了DLP 采用的時分復(fù)用脈寬調(diào)制技術(shù)，投影光場在時間上不恒定，但周期性變化的規(guī)律。最 后得到，在PMP中攝像機(jī)的積分時間應(yīng)該為投影儀刷新周期的整數(shù)倍才能獲得高的測 量精度。 2．深入研究了可靠度導(dǎo)向的相位展開算法。提出一種采用虛擬隊(duì)列的新算法設(shè) 計(jì)，使相位展開速度提高了至少20倍，在某些情況下可提高100多倍，

4、而相位展開的 可靠度卻沒有降低，有利于PMP系統(tǒng)在復(fù)雜面形測量中的實(shí)際應(yīng)用。 3．深入研究了PMP測量系統(tǒng)的標(biāo)定原理，提出了一種大視場PMP測量系統(tǒng)的現(xiàn)場 標(biāo)定方法。該方法只采用一塊小的平面標(biāo)定靶在測量體積內(nèi)比較隨意地?cái)[放多次即可 實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定。研究了雙攝像機(jī)數(shù)據(jù)融合方法和黑白攝像機(jī)獲取彩色紋理的方法。提出以調(diào)制度為依據(jù)，檢測測量數(shù)據(jù)的有效范圍。根據(jù)PMP測量儀的特點(diǎn)，提出了數(shù)據(jù)拼接區(qū)的選擇原則及采用加權(quán)平均進(jìn)行

5、數(shù)據(jù)融合的方法。 4．深入研究了PMP測量系統(tǒng)的模型，首次提出了一種新的相位一高度映射關(guān)系。該算法采用多項(xiàng)式表示相位、高度關(guān)系，實(shí)驗(yàn)表明它有較高的精度。提出一種光柵畸變校正方法，從而簡化相位一高度映射關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明該方法是有效的。 5．通過計(jì)算機(jī)模擬研究了量化誤差對相位測量精度的影響。得出在256級量化時，要使相位測量誤差小于l／100等效波長，調(diào)制深度必須大于8；要使相位測量誤差小于1／1000等效波長，調(diào)制深度必須大

6、于80。通過計(jì)算機(jī)模擬研究了在物體表面光強(qiáng)變化劇烈時，在光強(qiáng)變化邊界的小鄰域內(nèi)CCD的低通濾波特性對相位測量誤差的影響。得出CCD像元尺寸越小，測量誤差越小的結(jié)論。 6．建立了雙CCD的PMP三維面形測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件的編制，已用于實(shí)物模型和人臉面形的三維測量。 7．根據(jù)三維數(shù)據(jù)數(shù)字全息可視化的特點(diǎn)，研究了在計(jì)算機(jī)制全息中隱藏面的消除原理。并且根據(jù)人眼特點(diǎn)，提出了一種快速消隱算法，使消隱速度得到了極大