1 河北工业大学 机械工程学院,天津 300130
2 赫德斯菲尔德大学 精密技术中心,赫德斯菲尔德 HD13 DH
结构光三维形貌测量方法越来越多地应用于逆向工程、航空航天、生物医学、文物保护等领域。相位展开作为结构光三维测量中的一个关键环节对测量精度、速度和可靠性起着决定性作用。文中综述了相位展开技术的基本原理、国内外研究现状、各类方法的优缺点和未来发展方向。首先根据相位展开计算方法不同,将现有的用于结构光三维形貌测量技术的相位展开技术分为以下四类进行详细的介绍:时间相位展开技术、空间相位展开技术、基于深度学习的相位展开技术和其他相位展开技术;然后详细比较了各种技术的优缺点;最后总结了相位展开技术的特点并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容,研究者们可用于了解各类相位展开技术的原理与进展,进而根据不同方法的特点对比结合应用需求和测量条件选择最有效的相位展开技术,实现三维形貌的精确测量。
相位展开 三维形貌测量 条纹投影 绝对相位 phase unwrapping 3D shape measurement fringe projection absolute phase 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230126
1 河北工业大学 电气工程学院,天津 300401
2 河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津 300401
3 天津津航技术物理研究所,天津 300300
4 河北工业大学 机械工程学院,天津 300130
条纹投影轮廓术以其高速、高精度的优点在机械零件自动在线检测、汽车制造、文化遗产保护等领域得到了广泛的应用。然而,传统的条纹投影采用单一曝光时间或单一投影强度来测量高动态范围的物体,在反射率较大的区域会发生过度曝光,超过相机传感器的最大亮度范围,导致无法获得真实的强度和准确的三维数据。为解决此问题,利用彩色相机对单色条纹投影的不同颜色通道响应,提出了一种基于单色条纹投影的高动态范围物体表面三维测量方法。该方法投影蓝色条纹图到被测物体表面,彩色相机从另一个视角采集彩色条纹图像。从采集的彩色条纹图像中分离蓝绿通道对应的两个条纹图像。从蓝绿通道条纹图像中选择不饱和且调制度最大的一组像素生成蓝绿通道的掩膜图像,利用蓝绿通道的掩膜图像和蓝绿通道条纹图像合成高动态图像。然后应用相位解算方法和系统标定,实现高动态范围物体表面形貌的三维测量。实验验证了该方法的有效性。所提方法一方面减少了投影图像的数量,避免了复杂的计算问题,提高了测量效率;另一方面,不需要额外的硬件设施。
三维形貌测量 条纹投影 高动态范围物体 彩色相机 3D shape measurement fringe projection high dynamic range object color camera 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230327
强激光与粒子束
2023, 35(9): 091002
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Applied Optics, University of Stuttgart, Pfaffenwaldring 9, Stuttgart 70569, Germany
2 Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik, Helmholtzstrasse 12, Ulm 89081, Germany
Interferometric detection enables the acquisition of the amplitude and phase of the optical field. By making use of the synthetic wavelength as a computational construct arising from digital processing of two off-axis digital holograms, it is possible to identify the shape of an object obscured by fog and further increase the imaging range due to the increased sensitivity in coherent detection. Experiments have been conducted inside a 27 m long fog tube filled with ultrasonically generated fog. We show the improved capabilities of synthetic phase imaging through fog and compare this technique with conventional active laser illumination imaging.
Digital holography Phase imaging Imaging through scattering media Two-wavelength holography 3D shape measurement Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023024
条纹投影轮廓术期望被测表面反射率足够均匀以保证形貌测量精度,而数字图像相关技术则期望被测表面能够提供高对比度的纹理信息来确保图像匹配准确性和形变计算精度,二者对表面的纹理需求存在矛盾。针对这一矛盾,提出基于RGB模型的标记点纹理消隐与提取方法,通过计算特定的消隐系数与提取系数,同时提取高质量的条纹图案和纹理图案分别用于后续形貌和形变测量。实验结果表明,相较于已有方法,所提方法可以解决条纹投影轮廓术和数字图像相关技术对纹理要求的矛盾性问题,同时实现高精度的三维形貌和形变测量。
测量 条纹投影轮廓术 三维形貌测量 数字图像相关 三维形变测量 光学学报
2023, 43(11): 1112001
产业技术综合研究所分析测量标准研究部门,日本 筑波 305-8568
相移法是分析条纹图案相位信息的一种有力工具。介绍新开发的时空域相移法(ST-PSM)的基本原理和在非接触式三维形状测量中的应用。模拟结果表明,ST-PSM可以大幅减少随机噪声,同时可以消除图像传感器的非线性响应、动态范围小等对测量结果的影响。实验结果表明ST-PSM在曝光极端不足的条件下可以进行稳定的非接触形状测量。
三维光学测量 相位分析 傅里叶变换 时空分析 形状测量 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811024
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
当前,以高密度点云为目标的三维形貌测量正在取代传统离散坐标测量成为几何量测量的新发展方向。除了狭义制造环境,高密度点云提供的多空间分辨率特性在以高铁、飞机、隧道为代表的机械装备、大型工程运行状态监控领域同样显现出广泛的应用前景。但与制造场景中静态条件下的点云形貌测量问题不同,对于处于服役状态的被测量对象,相关测量需求表现出点云需要伴随运动高速连续延展、高分辨率获取等新特点,所形成的延展表面测量新问题对传统测量方法提出了严重挑战。以线阵CCD、CMOS为代表的一维图像传感器可在运动状态下快速连续成像,为三维形貌测量系统提供满足高速、连续、高密度等测量要求的硬件潜力,近年来得到了持续发展和广泛关注。对基于一维图像的延展表面高分辨率形貌测量方法及涉及的参数标定、一维图像匹配、多传感器布局与同步、运动误差补偿等关键技术进行综述,并探讨它们未来可能的发展方向。
测量 形貌测量 延展表面 高分辨率 点云 一维图像 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811005
复旦大学上海超精密光学制造工程技术研究中心,信息科学与工程学院,上海 200438
光学自由曲面是现代精密光学领域的重大变革,因其优异的光学、力学性能而有望进一步推进光学系统实现微型化、轻量化、集成化。随着光学自由曲面的面形复杂度不断提升,光学自由曲面的检测技术已成为制约其制造水平的关键因素。回顾了近年来光学自由曲面测量与误差评估的关键技术,包括点线式扫描、全口径光学测量方法以及面形误差评估方法,结合各种技术的优缺点,展望了该领域未来发展的新趋势,并介绍了一种结合多传感器实现共体自由曲面的测量及误差评估的新方法。
光学设计 光学自由曲面 精密测量 面形测量 误差评估 误差参数