1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京理工大学 智能计算成像实验室（SCILab），江苏 南京 210094
基于条纹投影的三维形貌测量广泛应用于工业制造、质量检测、生物医疗、航空航天等领域。然而在高速测量的场景下，由于光栅图像的采集过程曝光时间短，三维重建结果通常会受到较为严重的图像噪声干扰。近年来，深度学习技术在计算机视觉等领域得到了广泛应用，并且取得了巨大的成功。受此启发，提出了一种基于学习的光栅图像噪声抑制方法。首先构建了一个基于U-net的卷积神经网络。其次在训练过程中，构建的神经网络学习从含有噪声的条纹图像到对应高质量包裹相位之间的映射关系。当经过适当训练，该网络可从含有噪声的条纹图像中准确恢复相位信息。实验结果表明：针对离线的快速运动场景三维测量，该方法仅利用一幅光栅图像可恢复高精度的相位信息，且相位精度优于传统的三步相移方法。该方法可为提升运动高速场景三维测量的精度提供切实可靠的解决方案。
高速三维测量 噪声条纹图像 深度学习 相位恢复 high-speed 3D shape measurement noisy fringe images deep learning phase recovery 红外与激光工程
2022, 51(2): 20220006
1 华南农业大学 电子工程学院(人工智能学院) 应用物理系, 广东 广州 510642
2 暨南大学 理工学院 光电工程系, 广东 广州 510632
针对目前条纹模板测量法在图像畸变校正中所存在的过校正问题, 文章采用载频条纹相位解调分析结合畸变模型实现对镜头桶形畸变的测量与校正。以载频条纹图像作为校正模板, 使用广角镜头相机进行拍摄, 获得畸变条纹图像; 采用具有高空间局域特性的四步相移分析方法进行相位解调, 获得畸变中心位置以及径向畸变量分布; 根据桶形径向畸变的偶数阶多项式模型展开数值拟合分析, 对畸变参量进行估算, 结合畸变中心位置点参量, 最终实现对畸变图像的校正。数值模拟以及实验结果表明, 方法简单、有效, 具有实际的应用价值。
信息光学 畸变校正 机器视觉 相位分析 条纹图像分析 information optics distortion correction computer vision phase analysis fringe-pattern analysis
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
基于光栅干涉条纹的位移测量系统,提出了一种基于灰度插值的条纹图像位移检测算法即灰度极值法。首先,对光学位移测量系统进行了介绍;其次,阐述了灰度极值算法的原理。为了验证算法,对光学系统条纹图像进行了软件仿真,并对其进行了亚像素级定位算法仿真,对比分析了传统图像相关法与光流法,得到了相对误差曲线,所提算法的精度为1.797 pixel。最后,搭建了光栅干涉式位移测量光学系统,采集移动条纹数据并利用灰度极值算法进行了解调,实现了亚像素级位移解调,大量程下实验精度达到1.093 pixel。实验结果表明:灰度极值算法在大量程下的测量精度最高,可对位移量进行亚像素级定位,且算法具有计算时间短、受噪声影响小、鲁棒性强的特点。所提方法也可适用于自相干莫尔条纹系统、光电轴角编码器等其他位移测量系统的图像式位移信号解调。
测量 灰度插值 条纹图像 位移 精密测量 光学学报
2021, 41(10): 1012002
安徽大学 电气工程与自动化学院, 安徽 合肥 230601
为了从目标拍摄源上提高直线电机动子位置检测的精度和抗干扰性, 构造了一种非周期正弦条纹图像, 并引入一种基于梯度法的图像亚像素测量方法, 实现对动子位置的高精度测量。首先, 改变正弦条纹的条纹周期, 得到一系列非周期正弦条纹, 并生成非周期正弦条纹图像; 其次, 采用图像的Pnatt熵优选出具有强鲁棒性的非周期正弦条纹图像; 最后采用基于Barron算子的梯度法计算相邻目标图像的亚像素位移, 结合标定系统物像标定系数, 获得直线电机动子的实际位移。仿真和实验结果表明, 对比于非周期栅栏图像, 本文构造的非周期正弦条纹图像具有较强的鲁棒性, 且测量精度达到0.02 pixel。
直线电机 位置检测 非周期正弦条纹图像 栅栏图像 梯度法 linear motor position measurement aperiodic sinusoidal stripe image fence image gradient method
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。
成像系统 三维成像 背景光干扰抑制 结构光成像 条纹图像处理
中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所, 安徽 合肥 230088
亮光构件表面缺陷引起的微小形状突变能够通过反射条纹的畸变凸显,因此反射条纹技术可应用于反光物体的表面质量检测。提出了一种基于反射条纹图像的冷冲压阀片表面压痕机器视觉检测方法,通过该方法提取阀片的条纹图像信息,并进行缺陷特征的自动识别。采用滤波去噪和多尺度Retinex算法等系列预处理方法提高图像质量,通过条纹中心线、子窗口像素和及投影向量等特征参量的选择降低计算的复杂度,增加计算系统的稳健性。实验结果表明:基于反射条纹图像的阀片表面压痕检测方法具有高精度、高效率等特点,实现了阀片表面细微压痕的有效识别,识别精度可达0.1 mm,检测效率(单张检测目标耗时2 s)可以满足阀片生产线的实际在线检测需求。
机器视觉 表面压痕 反射条纹图像 冷冲压阀片
1 西安工程大学 机电工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安交通大学 机械制造与系统工程国家重点实验室, 陕西 西安710049
散斑噪声是激光干涉时的普遍现象, 其覆盖被测表面对应区域的形状信息, 造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点, 提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点, 自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系, 得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验, 对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补, 消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。
光学技术与仪器 干涉条纹图像 散斑噪声 物体像 optical technology and instruments interference fringe image speckle noise object image
福建师范大学 物理与光电信息科技学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
采用泰曼-格林干涉原理设计研制了一种非接触在线球面干涉仪, 该干涉仪中的CCD摄像头可产生分辨率比较高的干涉条纹图像。重点介绍了用MATLAB图像处理软件对该干涉条纹图像进行数字化处理的基本方法, 通过对干涉条纹图像进行预处理、提取骨架, 最后用Zernike多项式拟合出被检球面的波面函数, 计算出PV和RMS。通过MATLAB编程实现了对该球面干涉仪检测信号的自动化处理。
泰曼-格林球面干涉仪 干涉条纹图像 Zernike多项式 自动化处理 Twyman-Green spherical interferometer interference fringe Zernike polynomial PV PV RMS RMS automated processing
上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
三角函数与反三角函数作为基本初等函数, 在光学条纹图像分析中有着广泛的应用。在某些特定情况下, 如硬件计算或要求快速计算时, 可以通过逼近函数来计算其近似值。现讨论三角函数及反三角函数的最佳逼近方法。基于∞范数, 选择特定区间推导函数的最佳逼近多项式, 给出了多项式的系数与最大逼近误差;再利用三角恒等式将其推广至函数的整个定义区间, 得到了各三角函数与反三角函数的分段逼近多项式。并且将其结果用于条纹图像的分析, 以实验证明了所述方法的有效性。
三角函数 反三角函数 多项式逼近 条纹图像分析 trigonometric functions inverse trigonometric functions polynomial approximation fringe pattern analysis
