结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤，对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式，随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景，最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。
三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211008
在相位测量轮廓术中，测量系统中投影仪等存在的非线性响应大大影响了相位测量的精度，因此，如何快速高效地消除系统中的非线性误差是提高测量精度的关键。本文建立了相位误差的精确模型，并提出了一种基于相位误差精确模型的相位提取方法，利用高步数相移算法预先标定各频谱分量的比例关系，再通过迭代运算即可得到高精度的相位分布。实验结果表明，该方法可有效补偿非线性误差，从而大大提高相位测量精度，同时，由于各频谱分量是通过高步数相移预先标定的，仅三步相移即可得到高精度相位分布，满足了快速、实时的测量要求。
非线性相位误差 相位误差补偿 相位测量轮廓术 后处理 nonlinear phase error phase error compensation phase measuring profilometry(PMP) post-processing
1 华侨大学 福建省特种能场制造重点实验室
2 厦门市数字化视觉测量重点实验室，福建 厦门 361021
针对现有结构光视觉测量中普通投影仪亮度不均匀引起系统Gamma 非线性畸变值分布差异，从而导致相位误差问题，提出了一种自适应分区域Gamma 预编码校正方法。首先，介绍了结构光双目视觉测量原理以及标准N 步相移法。接着，分析了投影仪和相机的Gamma 非线性畸变对光栅正弦性的影响以及预编码校正方法。然后，在获取Gamma 值分布规律的基础上，根据Gamma 值的变化与相位误差的关系确定分区域阈值大小。最后，根据确定的阈值对测量视场进行区域划分，获取各区域Gamma 值，并对标准白板和汽车挡泥板进行了实际测量。实验结果表明：本文方法比相同条件下采用单一Gamma 值预编码校正方法在相位误差的补偿精度上提高了约30%，在三维数据的测量精度上提高了约15%。该方法能更好地减小相位误差，提高结构光视觉测量系统的精度。
结构光视觉测量 相移法 分区域Gamma 预编码校正 相位误差补偿 structured light vision measurement phase-shifting method subregional Gamma pre-coding correction phase error compensation
成都信息工程大学光电技术学院, 四川 成都 610225
为了提升反向条纹测量系统的精度，提出了利用三频时间相位补偿算法来改善投影机-相机测量系统非线性误差的测量方法。在测试物体上投影两套具有特定相位偏移的结构光条纹，基于三频时间相位展开方法获得展开相位。具有特定相位偏移的两套条纹测量得到的系统非线性相位误差具有大小相等、符号相反的特性，因此可以通过简单的算术计算来消除或减弱系统的非线性影响，从而提升测量精度。设计了模拟仿真和实物对比实验对所提方法进行验证，实验得到的相位标准差分别为6.6122×10-4 rad和0.0087 rad。实验结果表明，所提方法使反向条纹测量的精度有了大幅改进，验证了该方法的有效性。
测量 反向条纹投影 非线性相位误差补偿 三频时间相位展开 激光与光电子学进展
2016, 53(11): 111204
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院， 江苏 南京 210094
2 南京信息工程大学物理与光电工程学院， 江苏 南京 210044
提出了一种在谱域光学相干层析成像(SDOCT)中提取随深度变化的相位误差及补偿该误差的方法。对被测样品的干涉谱作加窗傅里叶变换，得到一幅二维深度-频谱图。样品不同界面对应的干涉谱因加窗傅里叶变换的时频特性而被分离开。对各干涉谱相位分别进行多项式拟合，得到一组随深度变化的相位误差分布。将该深度相位误差分布作为补偿因子实现精确补偿。该方法不仅可完成对多个介质层构成的复杂样品的色散补偿，还可以实现对由于波数采样不均引起的随深度非线性变化的相位误差的补偿。仿真实验和对四层盖玻片样品及人体指甲盖的实验结果表明，该方法能简单精确地补偿系统随深度变化的相位误差，有效地抑制因相位误差导致的系统纵向分辨率随深度的恶化，改善成像质量。
生物光学 医学与生物成像 相位误差补偿 加窗傅里叶变换 谱域光学相干层析成像
西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室， 西安 710071
通过对太赫兹逆合成孔径雷达(THz-ISAR)成像原理进行分析，构造目标回波距离维相位误差的多项式表示形式，提出了基于启发式最小熵搜索的二次相位误差校正方法和基于距离维自聚焦的三次及三次以上相位误差校正方法，校正了THz-ISAR回波信号距离维的相位误差，进而消除THz-ISAR一维距离像和二维成像结果中的散焦和展宽现象。理论分析和仿真实验结果都表明该方法能够有效补偿目标回波距离维相位误差，提高一维距离像和二维成像的聚焦效果。
太赫兹逆合成孔径雷达 相位误差补偿 最小熵 自聚焦 terahertz inverse synthetic aperture radar phase error compensation entropy minimization autofocus
华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
在模拟分析投影仪伽马非线性对相位误差影响的基础上,提出一种直接分析投影光栅特征并建立相位误差查找表的算法,对相位误差进行补偿。该算法通过分析一组投射到标准白色平板上的光栅图像,确定光栅相位值与相位误差的对应关系,并量化存储在一个查找表中,测量过程中使用查找表对相位误差进行补偿。实验结果表明,该方法可大大降低由投影仪伽马非线性引起的相位误差,系统测量精度达到0.043 mm,比误差补偿前提高了5.6倍。
光学测量 结构光 相位误差补偿 查找表 伽马非线性
