1 西南石油大学 电气信息学院，成都 610500
2 西南石油大学 理学院，成都 610500
为了提高基于结构光法的3维重建精度，采用机器学习中的回归模型对物体进行了3维形貌测量，通过以单目式获取对象高度点不同方向的光强信息簇样本，将其作为回归模型的训练集，在训练好回归模型后，直接建立起条纹图案的光强信息分布与对象高度之间的映射函数关系，完成对目标的3维测量;将调制条纹光数值信息以特征形式导入回归模型，获得端到端高度信息，验证了机器学习的神经网络回归模型在3维面形重建上的可行性。结果表明，该模型即使在投影特征模糊或噪音较大的情况也能较精确地重建3维面形，平均重建误差为1.40×10-4 mm，优于一般面形重建方法的数据。该研究为物体在强干扰条件下的单目式高精度3维面形重建提供了参考，简化了繁琐的计算过程和测量过程，提高了测量精度。
信息光学 高精度3维面形重建 深度神经网络 结构光 单目式 形变条纹 information optics high precision 3-D surface reconstruction deep neural network structured light monocular stripe of deformation、
1 西南科技大学 计算机科学与技术学院, 四川 绵阳 621010
2 中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室, 四川 绵阳 621000
为快速准确根据测得的梯度场重建表面面形, 针对基于最小二乘全局积分的重建技术, 采用紧致差分算子建立全局最优化的代价函数以提高重建精度, 将代价函数表示为Sylvester方程, 利用Hessenberg-Schur算法求解, 将常用最小二乘全局积分技术的空间和时间复杂度分别从O(N2)和O(N3)降低到O(N)和O(N3/2)。实验结果表明: 采用四阶精度的紧致差分算子时, 文中算法重建精度比高阶截断误差最小二乘积分法(HFLI)和全局最小二乘法(GLS)提高了一个数量级, 采用六阶精度的紧致差分算子时重建精度比基于样条的最小二乘积分法(SLI)提高了一个数量级; 鲁棒性优于GLS, 弱于HFLI和SLI; 重建速度显著优于HFLI和SLI, 略优于GLS。
三维面形重建 梯度场 最小二乘全局积分 紧致差分 Sylvester方程 3D surface reconstruction gradient field least squares integration compact finite difference scheme Sylvester function 红外与激光工程
2019, 48(8): 0825002
四川大学电子信息学院光电科学技术系, 四川 成都 610064
采用傅里叶变换轮廓术(FTP)进行三维面形测量时，变形条纹图零频分量的扩展对FTP 的测量范围和精度存在影响。消除变形条纹图的零频分量后，FTP 的测量范围可以提高3 倍。根据希尔伯特(Hilbert)变换具有90°相移和使直流分量为零的性质，提出通过两次分段Hilbert 变换抑制条纹零频分量的新方法。由于条纹背景分布是一个慢变函数，每半个周期内的局部背景分布可以看做常数，所以两次分段Hilbert 变换可以很好抑制条纹中零频分量对基频分量的影响，有利于减小测量误差。给出的理论分析、计算机模拟以及实验证明了所提方法的有效性。
傅里叶光学 傅里叶变换轮廓术 三维面形重建 频谱分析 希尔伯特变换 激光与光电子学进展
2015, 52(11): 110701
1 平顶山学院 电气信息工程学院，平顶山 467000
2 平顶山学院 现代教育技术中心，平顶山 467000
为了解决动态面形测量中隔行扫描CCD相机记录动态物体表面变形条纹图像存在缺陷的问题，提出了傅里叶变换去隔行算法，即把隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像，分别对每一单场图像进行傅里叶变换去隔行处理，再利用条纹分析法重建对应时刻的3维面形。理论分析得出单场傅里叶变换去隔行图像与对应的准确满帧图像相同的结论。结果表明，该方法可以很好地恢复条纹和重建物体，且简单实用，可用于基于空间相位检测、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等条纹分析方法的动态物体3维测量中。
信息光学 动态测量 傅里叶变换 去隔行算法 隔行扫描CCD 3维面形重建 information optics dynamic process measurement Fourier transform de-interlacing algorithm interlaced CCD 3-D shape measurement
四川大学电子信息学院光电科学技术系, 四川 成都 610064
S变换结合了短时傅里叶变换和小波变换的优点，是一种无损可逆的非平稳信号时频分析方法，具有线性、多分辨率、逆变换唯一，且与傅里叶变换保持着直接联系等特点。针对基于“脊”分析原理的S变换轮廓术中，相位采用一阶泰勒展开描述时存在的不足，提出了更为精确的二阶泰勒展式的相位描述方法。通过严格的理论分析，得到了更准确的相位场的计算公式，弥补了采用一阶泰勒展式描述相位的不足，大大提高了Ｓ变换“脊”方法重建三维面形的精度。完成了相应的计算机模拟和实验验证，并将S变换三维重建效果与以前的基于相位一阶展式的结果进行了对比。
测量 S变换 条纹分析 泰勒展开 三维面形重建
1 平顶山学院现代教育技术中心, 河南 平顶山 467000
2 平顶山学院电气信息工程学院, 河南 平顶山 467000
在基于结构光照明的三维面形测量中, 针对有孤立区域物体的条纹图像存在不规则缺陷的问题, 提出先对其进行Gerchberg迭代, 消除或减少条纹缺陷, 获取较完善的迭代条纹, 然后再利用傅里叶变换轮廓术(FTP)重建面形。设计了迭代流程, 并分析了影响迭代精度的因素, 解决了光学加工用具磨盘表面不完善条纹Gerchberg迭代过程中存在的问题, 成功地重建了磨盘的三维面形。该工作为表面存在孤立区域的被测物体三维面形测量提供了可供参考的技术方案, 也给可实时形变的应力盘三维面形动态测量奠定了基础。
信息光学 Gerchberg迭代法 傅里叶变换轮廓术 面形重建 光学加工 磨盘 information optics Gerchberg iterative algorithm Fourier transform profilometry surface reconstruction optical process grinding disc
提出了一种基于条纹反射和相移技术的类镜面三维面形测量的新方法。首先在平板显示器上显示正弦条纹,然后用CCD相机分别记录由待测面和标准面反射的正弦条纹像,通过相移得到各自的相位分布,与标准面相位分布相比较得到待测表面起伏引起的相位变化。推导了相位变化量与待测表面梯度的对应关系,分别对待测面进行水平和垂直两个方向光栅相位测量,通过计算可得到梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。同时初步分析了影响条纹反射技术测量精度的因素。测量中,光栅由计算机产生,可以实现精确的相移,而且可以方便地调节光栅的周期及方向,通过预设标记点来引导相位展开有效地解决待测面和标准面的条纹对应问题。实测了建筑用釉面瓷砖表面起伏,验证了该方法的可行性。
光学测量 条纹反射 相移 面形重建 三维面形测量
1 西南交通大学,理学院,四川,成都,610031
2 四川大学,光电系,四川,成都,610064
在高速光截法三维面形测量中,由于光截面之间距离增加,物体表面的不连续性将容易导致错误的三角网格化,引起面形重建的畸变.由此,提出了一种新的快速面形重建方法.这种方法在三角网格化时考虑截面中心的移动,并通过引入权值函数来调整连接状态;用连接加权法构造三角网格,提高了网格连接的准确性;通过调整光截面中心消除了由三角网格化错位造成的影响.理论分析和实验结果表明,该方法具有与其它快速方法相同的运算复杂度O(N),而面形恢复的准确度明显优于传统方法.
三维面形测量 面形重建 光截法 信息处理
