散焦结合相关性评价算法是利用四维光场的空间信息和角度信息来完成深度估计,该算法建立的散焦响应函数存在求取二阶导方向有限且二阶导求和能量正负相互抵消的问题,这限制了其在复杂场景中的深度重建精度。针对该问题,对散焦响应函数进行了改进,提出基于能量增强散焦响应的光场深度估计算法。该算法充分考虑了周边像素点对当前位置散焦度的影响,通过增加具有权重差异的二阶导个数和方向来实现散焦响应的能量增强。通过实验验证了所提方法的有效性。针对一些边缘复杂的光场图像,所提算法获取的深度图视觉效果更好;与散焦评价结合相关性评价算法相比,改进算法获得深度图像的均方根误差平均减小3.95%。

虚拟结构光编码算法将三维(3D)数据编码成二维(2D)彩色条纹图像的相位信息,以实现数据压缩存储。在将2D彩色条纹图像解码成3D数据时,需要计算条纹相位并进行相位展开,最后映射为3D数据。2D图像的压缩存储会使相位级次索引图出现边缘量化错误,导致3D数据z方向信息解码错误。针对这一问题,改进了虚拟结构光3D数据解码过程,提出了一种有效的局部相位误差修正算法,以提高3D数据的解码精度。数据解码过程中,建立算法,得到绝对相位展开与相对相位展开的准确差值,利用两者差值固定的特点,对其突变区域建立相位补偿机制,抑制相位级次索引图边缘量化误差而引起的3D数据解码错误。实验验证了所提算法的有效性,对编码得到的2D图像压缩存储后,改进的数据解码方法可有效提高虚拟结构光3D数据编码算法的稳健性,与中值滤波算法相比,所提方法可将数据解码方均根误差平均降低9.7%。

基于在线三维(3D)测量中被测物体与高频条纹的相对位置关系,提出了一种改进的双频在线3D测量方法,通过控制被测物体运动时的采集点,使各帧像素匹配后变形条纹图中的高频条纹光强分布完全一致。直接利用满周期等相移算法进行相位计算,从而避开滤波过程,提升3D重构精度。高频条纹光强分量被设计为远小于低频条纹光强分量,可将其看成是微弱的背景光,进一步减小高频条纹对相位计算的干扰。仿真与实验结果表明:相比其他方法,所提方法可有效提升重构精度。

针对流水线上在线运动的刚性物体,投影复合光栅可以解决像素匹配和相位展开对条纹频率不同需求的矛盾,但在相位计算时,需对复合光栅进行滤波,该过程会降低重构精度。基于Stoilov算法,提出一种无需滤波的复合光栅投影的在线三维测量方法,设计复合条纹使低频条纹相移方向与被测物体的运动方向平行,像素匹配后被测物体的运动被转化为低频条纹的相移;高频条纹相移方向与被测物体运动方向垂直,像素匹配后各帧变形条纹图中高频条纹的光强分布完全一致,可直接进行相位计算,避开了因滤波造成的精度损失。同时在复合光栅中高频条纹的强度远低于低频条纹,故可将其看作微弱的背景光,保证了在线三维测量的精度。通过仿真与实验验证了该方法的有效性。

为了减小由投影仪-摄像机γ非线性引起的红蓝棋盘格标定板相位误差, 分析了非线性相位误差的产生原因和表现特征, 建立了非线性相位误差和相位主值之间的数学模型, 由该模型得到相位误差补偿矩阵并修正展开相位;同时采用MATLAB仿真并结合相关试验对该算法进行了验证。结果表明, 误差补偿后棋盘格平面展开相位的均方根误差从0.0836rad下降到0.0218rad; 由γ非线性引起的棋盘格角点在标靶图像中像素坐标的最大误差值约从补偿前的0.3pixel降低到0.1pixel。该方法有效减小了由投影仪-摄像机γ非线性引起相位误差, 提高了标靶图像的角点坐标精度。

针对基于相位调制的结构光用于深度获取时, 投影系统、图像采集系统光瞳中心不等高而引入测量误差, 提出一种测量系统校准方法。该方法以 N帧正交光栅像与一立方体物体为辅助, 根据光场中立方体边缘的阴影位置及其表面光栅栅线变形情况实现系统的粗校准; 通过计算立方体深度在光场水平方向引起的相位变化量, 指导系统的精校准。该方法可为基于结构光的深度获取装置校准提供理论指导, 为非经验装调工作者提供技术支持, 实验数据论证了该方法的有效性。

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术（PMP）在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度，同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度，提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中，任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面，采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图，其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后，采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明：在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下，该系统的测量结果稳定，均方根误差均不高于0.169 9 mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件，提高了测量的灵活程度，使在线PMP更具普适性。

提出了一种基于低调制度特征进行像素匹配的在线三维测量方法。仅将一固定的正弦条纹投影到在线匀速运动的待测物体上，物体运动产生相应的等效相移变形条纹图。当CCD等步距采集多帧变形条纹时，由于物体的运动致使变形条纹图中物体像素不对应，需要对所采集的条纹图进行像素匹配。在对变形条纹图提取物体调制度信息的基础上，使用大津法进行自动二值化处理，截取物体低调制度区域作为特征模板，实现像素匹配，从而获得物体上点对点的多帧等步相移条纹图，利用等步相移算法解相并恢复出待测物体的三维形态信息。仿真和实验证明了所提方法的有效性和实用性。

提出一种基于背景光调制的用于傅里叶变换轮廓术测量范围的复合光栅，该光栅通过调制一正弦条纹和不含任何相位信息的背景光来抑制零频，较基于π相移技术的复合光栅有更大的优势：背景光只含直流分量，使得复合光栅的频谱更加简单，有利于滤出载波信息，提高测量精度；对从复合光栅中解调出来的背景光只涉及平均值校准，校准过程更为简单；解调出的背景光与物体表面的反射率成正比，具有潜在的应用价值。采用Matlab程序对该复合光栅进行了数值模拟，并对该光栅实用性进行了实验研究，结果证实了该光栅用于抑制零频、扩大傅里叶变换轮廓术测量范围的有效性，且提高了测量精度。