基于条纹投影的光学三维测量方法被广泛应用于医疗诊断、工业检测等各行各业中。计算莫尔轮廓术因具有高精度, 实时测量能力, 且对物体表面反射率不敏感等优点在条纹投影测量轮廓术中占有重要地位。近些年来, 许多基于计算莫尔轮廓术的衍生方法被提出, 它们不仅实现了测量精度、测量速度的进一步提高, 同时也在增强测量不同物体的适应能力。概述了计算莫尔轮廓术基本理论及其衍生方法, 并分析了它们的特点, 明确了计算莫尔轮廓术的发展动态。

提出一种数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术。为了满足动态测量的需要, 利用数字投影仪的最大化刷新帧率和最高条纹频率设计, 将二元编码条纹代替传统的8 bit数值正弦条纹使投影仪刷新率由传统60 Hz提高到数千Hz以上。通过编码满足抽样定理的最小周期二元条纹, 利用数字投影仪的最优投影帧率性能, 即可以在数字投影仪上实现投影条纹的最小等效波长, 也可以实现计算莫尔条纹的优化提纯, 进而从源头上有效提高计算莫尔轮廓术(CGMP)的测量精度。通过与傅里叶变换轮廓术(FTP)和高精度计算莫尔轮廓术(HCGMP)的对比实验验证了该方法的可行性和有效性, 表明所提方法具有较高的测量精度, 通过在线运动“心型”物体的测量表明所提方法可以满足在线和动态三维测量需要。

条纹投影轮廓术在测量高反光物体时表面会出现过度曝光的现象, 致使对应区域的相位数据缺失。提出一种高反光物体直线运动的三维测量方法。仅向高反光物体投影一帧固定光栅, 随着物体在投影区域直线运动, 采集两帧高反光区域不重合位置的变形条纹图像。随后, 通过所提的具有单帧特性的计算莫尔轮廓术分别从这两帧变形条纹图像中进行物体在这两个位置的初步三维重建。最后, 通过像素匹配、点云配准与融合获得物体完整三维重建。该方法在不增加额外设备的条件下, 只用一帧光栅, 实现了比传统单目自适应条纹投影算法更高的精度, 提高了测量的实用性。实验结果证明该方法的可行性和有效性。

随着工业自动化程度的提高, 工件在线实时测量的需求越来越大, 将待测工件与标准工件的三维形貌进行差异性检测, 从而实现快速合格产品的筛选具有重要的研究意义。传统的差异性检测方法通常采用反向条纹技术, 它是通过摄像机与投影仪之间的坐标对应关系, 投射到标准工件上的条纹成直线分布, 当待测工件放置在同一位置时, 直接由直条纹的变形量直观反映出待测工件与标准工件的差异性。提出了一种实时计算莫尔轮廓术对工件进行差异性检测的方法。采用计算莫尔轮廓术的单帧采集特性, 仅需计算截断相位并建立差异性评价函数模型, 用评价函数的大小直接反应差异性特征, 通过评价函数的最值点来跟踪标准工件与待测工件的对准点, 从而实现二者差异性的精准检测, 并且在差异性检测的过程中已经保存了采集的条纹数据信息, 可以直接在对准处进行即时的三维重建, 实验结果验证了所提方法在三维差异性检测中的可行性。

提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图, 然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景, 进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法, 发展了一种相位解调方法, 提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考, 用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明, 相对于典型的三步相移法和主量分析方法, 提出的方法测量得到的相位误差最小(<0.5 rad), 且简化了测量过程.

莫尔轮廓术是实现物体三维面形测量的主要方法之一，它基于莫尔条纹产生和分析技术。莫尔条纹产生方法主要有阴影法、投影法和数字合成法三种。对于数字合成法，目前通常采用低通滤波提取莫尔条纹，低频区域含有许多无用频率成分，会降低所提取的莫尔条纹的质量。通过分析参考条纹图像和变形条纹图像经相乘、相加、相减运算结果图像的频谱，比较不同滤波处理方法对提取莫尔条纹的影响，提出一种采用带通滤波提取莫尔条纹的新方法。与低通滤波相比，带通滤波可以产生衬比度更高的强度分布为标准余弦分布的莫尔条纹；此外，相加和相减运算产生的莫尔条纹之间相位相差p，明暗反转。计算机模拟和实际实验均验证了上述分析结论的正确性和该方法的有效性与可行性。

提出了一种新的莫尔条纹解调技术即频移法, 它改变了莫尔条纹分布的频率, 而相移莫尔法只是改变了莫尔条纹的相位。 从阴影莫尔图分布的基本公式出发, 借助于相移阴影莫尔法的思想推导并得出了频移阴影莫尔法的公式, 在此基础上给出了特定条件下的实用公式。 同时也分析了其相位图, 将其主值范围从0～π拓展到0～2π, 解决了其去包裹中正负号确定问题。 最后给出了实验结果, 并分析和模拟了由于频移的不准确给测量结果带来的影响。