1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川大学华西医院放疗科, 四川 成都 610041
设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统, 用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态, 为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理, 将腹部运动转换为激光点移动, 从相机记录下的图像中提取激光点位置, 根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明, 所提方法能准确、实时地获取位置信息, 具有结构简单、精度高等优点, 能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。
呼吸运动 面阵CMOS 激光三角测量 光斑中心定位 系统标定 respiratory motion area CMOS sensor laser triangulation spot center detection system calibration
在相位测量偏折术(Phase Measuring Deflectometry, PMD)中为获取面形梯度, 需要分别获取水平和垂直相移条纹图像, 因此所需图像通常较多。为了减少条纹投影幅数, 提出一种新的基于复合条纹的相位获取方法, 通过将水平和垂直相位信息叠加形成斜条纹, 实现基于5幅复合斜条纹的相位获取方法, 相位测量精度高于5步正交光栅相移方法。进一步当系统存在非线性响应时, 提出了基于7幅斜复合条纹的相位获取方法, 可有效消除系统2阶非线性误差。计算机仿真和实验表明所提方法切实可行, 其测量精度高于采用同样帧数的正交条纹方法。
偏折术 条纹分析 非线性分析 相位误差校正 deflectometry fringe analysis nonlinear analysis phase error correction
四川大学电子信息学院光电系, 四川 成都 610065
在彩色相位测量轮廓术中,光电器件多个光通道之间的颜色串扰、强度响应不均等因素的影响,使得所获取的相移条纹图像失真,因此采用传统的相位技术求解相位会产生极大的相位误差。从彩色条纹图像的数学模型出发,分析了彩色成像器件所获取的红绿蓝三通道条纹图像特性,提出一种两步校正方法:第一步是基于三通道均值及标准差实现对各颜色通道图像强度的归一化处理;第二步是使用概率密度函数曲线搜索失真后的实际相移量,抑制相移量不准确对测量结果的影响。所提方法不需要对系统的耦合系数和相移偏移量进行预校正,可实现简便、快速的相位误差补偿。模拟及实验结果验证了该方法的有效性。
测量 相位测量轮廓术 彩色条纹投影 概率密度函数 相位偏移量校正
光学加工过程中, 粗磨与精磨阶段材料去除量最大, 而抛光阶段的材料去除量则小很多, 因此若对粗精磨表面进行精确全场测量将极大缩短加工过程。在现有测量手段中, 三坐标机和红外干涉仪存在价格昂贵或效率不高问题。将光学三维传感方法中的双目结构光技术用于光学加工过程, 实现了对光学元件粗精磨表面的无接触、全场、快速高精度测量。实验结果表明所提方法切实可行, 测量误差小于10 μm, 对加工过程中切削加工量的快速精确测量具有应用价值。
三维测量 双目视觉 光学加工 精磨 三频相位展开 3D shape measurement binocular vision optical manufacture precision grinding three frequency phase unwrapping
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
双目结构光三维测量系统在使用之前，需要利用立体靶标或者平面靶标进行系统标定。为了获得良好的精度，通常选择定制高精度靶标，然而定制的标准靶标价格较高，且一旦定制完成，既定的特征参数使得可对应标定的双目系统也相对固定，此类靶标的使用灵活性受到限制。当三维测量系统测量视场较小时，为了降低标定的成本，同时希望标定靶的特征图案灵活可变，可适应多个测量系统的标定使用，利用智能手机屏显靶标对搭建的小视场双目三维测量系统进行标定，完成基于条纹投影的三维面形重建和测量。同时使用定制平面靶标对同一套测量系统进行标定，两个靶标的标定结果对比分析，验证了智能手机屏显靶标作为小视场双目三维测量系统标定靶的可行性。
三维测量 系统标定 双目视觉 屏显靶标 平面靶标 3D shape measurement system calibration binocular vision screen display target planar target
Author Affiliations
Abstract
1 Opto-Electronic Department, Sichuan University, Chengdu 610065, China
2 School of Aeronautics and Astronautics, Sichuan University, Chengdu 610065, China
In this Letter, the periodical errors, which are caused by the nonlinear effect of the commercial projector and camera, are analyzed as a more generic single-coefficient model. The probability density function of the wrapped phase distributions is used as a tool to find the compensation coefficient. When the compensation coefficient is detected, on the premise of ensuring accuracy, a correlation algorithm process is used to replace the traditional iterative process. Therefore, the proposed algorithm improves the efficiency of coefficient detection dramatically. Both computer simulation and experiment show the effectiveness of this method.
nonlinear response phase error probability density function three-dimensional sensing Chinese Optics Letters
2021, 19(10): 101201
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621999
提出基于传像束传像和双目结构光相结合的三维测量系统，实现对无法直接成像场景，如爆轰、冲击等环境下的小视场物体三维面形测量。测量时，结构光直接投影到待测物体表面，变形条纹图像首先被成像到传像束前端面，再被传递到传像束后端面，并最终被成像到相机像平面，再由三频相位展开技术计算出对应相位分布后，即可根据双目匹配计算出待测物体高度。实验表明，传像束系统能完成高精度的微小物体三维形貌重建，且由于传像束的引入，增加了测量系统的灵活性。
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
应力抛光技术通过在镜面上施加预定载荷, 将包括自由曲面在内的非球面转化为球面进行加工, 对加工镜面的形变进行精准检测是实现高精度应力抛光的关键。利用立体相位测量偏折术对预应力薄镜进行镜面面形和形变检测, 获得被测镜表面的连续相位分布, 结合表面法线唯一性与梯度分布积分, 最终得到被测镜的高度分布和面形。模拟了系统误差成分, 同时采用旋转平均法对系统误差进行标定去除, 保证和提高了测量精度。对一块口径 320 mm, 球面半径 5200 mm的预应力薄镜面形和变形量进行测量, 静态测量结果与三坐标机测量结果对比, 动态应变测量结果与有限元仿真结果对比, 分别一致吻合, 表明本文方法具备微米级的测量精度, 相比于干涉仪和三坐标机更适用于大面形变化的预应力薄镜检测。
光学面形检测 立体相位测量偏折术 系统误差 预应力抛光 optical testing stereoscopic phase measuring deflectometry systematic error stressed mirror polishing
四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610065
设计了一种适用于光滑表面的调制度显微测量系统, 系统包括两个远心镜头、一个半透半反镜、一个显微物镜、一个 CCD相机和一个DMD数字投影仪。由远心镜头和显微物镜结合将数字投影仪产生的条纹图像成像到显微物镜物面, 得到虚拟的 标准条纹图, 待测表面对该虚拟条纹图的反射像将沿显微物镜光路返回进入CCD像平面, 待测物体在高精度一维平移台的控制 下沿光轴移动, 根据相移算法可以从获取的条纹图中计算出每个位置的图像调制度, 通过查找调制度最大值对应的位置, 即 可完成待测物点的三维形貌测量。实验结果表明该显微调制度测量方法能获得高精度面形, 特别适用于微小形貌剧烈变化物 体面形测量。
镜面物体 三维面形测量 显微测量 相移 调制度 specular object three-dimensional shape measurement microscopic measurement phase shift modulation
