數(shù)字莫爾條紋三維面形測量技術(shù)研究.pdf

1、三維面形測量技術(shù)能夠在計算機中完成三維實體模型的重構(gòu)，建立真實三維世界和虛擬數(shù)字世界之間的聯(lián)系，作為數(shù)字化三維顯示、實物仿形和三維打印的基礎(chǔ)，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、質(zhì)量控制、機器人視覺、逆向工程、生物醫(yī)學(xué)、影視娛樂、商品展示、數(shù)字博物館（文物數(shù)字化）等領(lǐng)域。光學(xué)三維測量融合了光電子學(xué)、數(shù)字圖像處理處理、計算機控制、機械等技術(shù)，把光學(xué)圖像作為檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用，最終從圖像中提取有用的信號，具有量程大、非接觸、速度快、精度較

2、高、系統(tǒng)柔性好等優(yōu)點，具有很好的應(yīng)用前景。
　　本文的研究內(nèi)容屬于條紋投影輪廓技術(shù)，條紋投影輪廓技術(shù)分為兩類:一類是由信息光學(xué)發(fā)展而來的基于相位到高度映射的方法，另一類是由計算機視覺發(fā)展來的基于相機模型的方法，在該類方法中相位主要起到立體匹配的作用。本文屬于第一種方法，即基于相位到高度映射的方法，本文對數(shù)字莫爾條紋三維面形測量技術(shù)的全過程進行比較全面的分析和初步的實驗驗證，包括數(shù)字莫爾條紋的合成、相移莫爾條紋的產(chǎn)生、相位信息提取、

3、相位展開及系統(tǒng)校準（標定）等。本文主要研究成果如下:
　　(1)提出了基于條紋加減和帶通濾波的數(shù)字莫爾條紋合成方法。在介紹莫爾條紋的概念和產(chǎn)生原理基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和頻譜分析方法，對相乘和加減運算得到的莫爾條紋的頻譜結(jié)構(gòu)進行了分析，提出了基于加減運算和帶通濾波提取莫爾條紋的方法，并進行了實驗驗證。該方法能夠獲得信噪比高、強度分布為標準余弦的莫爾條紋，為利用莫爾條紋進行三維面形測量提供了良好的基礎(chǔ)。
　　(2)提出了采用單幅

4、變形條紋圖產(chǎn)生數(shù)字相移莫爾條紋的方法。基于所拍攝的單幅變形條紋，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)從中截取投射在參考面上的非變形條紋，通過傅里葉變換和頻譜濾波產(chǎn)生相移參考條紋，或者拍攝一幅參考條紋，后期利用圖像處理的方法產(chǎn)生相移參考條紋;再根據(jù)(1)提出的方法產(chǎn)生數(shù)字相移莫爾條紋;得到數(shù)字相移莫爾條紋后，就可以采用相移算法分析提取相位信息，再通過相位展開，進而得到待測物體的三維面形信息。該方法的優(yōu)點是:只需要拍攝一幅變形條紋圖;采用圖像后期處理方式實

5、現(xiàn)莫爾相移，無需相移裝置且相移量精確，相位提取精度較高;可以用于動態(tài)物體測量。
　　(3)提出了改進的傅里葉變換相位展開三維測量方法。在頻域提取基頻之后，不需要將其移到頻譜中心。通過對數(shù)或者反正切的方式直接得到疊加了參考面上參考條紋相位的物體面形相位分布，在相位展開后再減去參考面的絕對相位分布獲得物體相位分布，能夠獲得較好的相位展開結(jié)果。
　　相位展開和系統(tǒng)校準是光學(xué)三維面形測量技術(shù)的兩個關(guān)鍵技術(shù)。相位展開的精度受變形條紋產(chǎn)