随着通用计算和图形显示需求的不断增加, 图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)在医学、科学计算、图像处理等领域得到了广泛的应用。但它在三维测量领域的应用还只是一个开始。文中基于傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry, FTP)和三频外差法设计了两套三维测量系统, 并利用计算统一设备架构(Compute Unified Device Architecture, CUDA)方法, 加速了静态或动态物体的三维重建。在三频外差测量系统中, 需要利用高速数字投影模块和相机, 同步触发采集小视场表面的12个变形条纹图, 然后对图像数据进行处理。实验结果表明: 对12幅1 360 pixel×1 024 pixel大小的图像进行相位展开运算, GPU方法比CPU方法的效率提高了2 089倍。在基于FTP方法的测量系统中, 摄像机只需记录一幅变形条纹图, 然后拷贝到显存中, 并用CUDA编程的算法进行处理, 进而重建出物体的三维面形。基于GPU的FTP方法对一幅1 024 pixel×1 280 pixel大小的图像进行计算, 其计算时间比 CPU方法缩短了27倍。

搭建了一套小视场的三维面形测量系统。该测量系统采用基于DLP4500 芯片开发的高速数字投影模块套件实现条纹图像的高速投影和相机的同步触发图像采集。利用该投影模块向小视场物体表面投影三种不同频率的相移条纹图，相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹，分别计算出三组条纹对应的截断相位图，再进行两次外差得到频率为1 的相位分布，以此为基准往回展开得到连续的相位分布，从而重建被测物体的三维面形分布。实验成功重建了以硬币为代表的小视场(8 mm×6 mm)物体在100 μm 深度范围内的表面三维形貌。

本文从实验上研究了固定谱线CO2激光器的双频输出特性,并对其产生双频输出的原因作了初步分析;利用该激光器,成功地进行了三频外差测量研究。