结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。
三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211008
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230156
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
提出了一种基于静态分段补偿方法的近似乘法器。通过基于静态分段方法的Booth编码方法生成部分积阵列, 并对生成的部分积阵列进行误差补偿优化以及近似压缩, 以实现硬件性能和精度的折中。仿真结果显示, 相比于综合工具生成的全精度乘法器, 本设计在保持了较高精度水平的前提下, 面积和功耗优化的比例达到了36.96%和35.95%。在图片边缘检测应用中, 设计的峰值信噪比和结构相似性指标分别为26.10和98%, 可见本设计在降低硬件资源消耗的同时, 应用效果接近全精度乘法器。
近似乘法器 Booth编码 静态分段补偿方法 误差补偿 approximate multiplier Booth encoding static segment method error compensation
1 北京信息科技大学自动化学院, 北京 100000
2 高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100000
3 现代测控技术教育部重点实验室, 北京 100000)
4 北京德维创盈科技有限公司, 北京 100000
针对惯性器件误差建模方法影响其误差补偿准确性进而影响导航系统精度的问题, 提出一种基于器件噪声统计特征还原的惯性器件误差建模方法。首先, 通过功率谱密度建模还原器件高频噪声误差; 其次, 根据低频噪声统计特征用对应的性能计算方法还原低频噪声误差, 既避免功率谱密度建模方法对器件低频噪声表征能力弱的问题, 又避免机器学习方法中前期工作量和计算量大的问题。与已有误差建模方法的对比实验表明: 器件数学模型的输出与其真实器件输出之间误差相比下降了一个数量级; 在行人导航应用中具有更高的器件误差补偿准确度, 补偿后导航位置误差降低了35.261%, 航向角误差降低了31.198%, 有效提升了行人导航系统精度。
惯性器件 噪声统计特征 误差建模 行人导航 器件误差补偿 inertial devices noise statistical characteristics error modeling pedestrian navigation device error compensation
1 华北电力大学 电子与通信工程系
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,河北 保定 071003
形状传感技术是近年来传感领域备受关注的新研究方向,具有广阔的应用前景。文章提出了一种基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法,通过测量物体部分位置点的应变数据,采用模态理论实现应变-位移转换,进而重构物体形状。以长宽高分别为1 000,1 000和0.5 mm的钛合金板作为研究对象,通过ANSYS workbench18有限元仿真软件获取位移模态振型及应变模态振型,依据有限元仿真中位置点模态的相似性,采用K-means++聚类算法对应变测量点位置进行优化,在合金板上表面施加400 N的力使其产生形变。该算法的形状重构误差小于常规的均匀分布算法。采用径向基函数神经网络对误差和重构位移数据集进行了训练,依据拟合重构误差和重构位移的关系,补偿误差后重构误差不大于3.5%。
形状重构 模态法 布局优化 误差补偿 仿真模型 shape reconstruction modal method optimal placement error compensation simulation mode
1 厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建 厦门 361024
2 福建省绿色智能清洗技术与装备重点实验室,福建 厦门 361024
3 厦门大学航空航天学院,福建 厦门 361005
线激光扫描技术多用于零件的表面检测,也可用于物体的三维重建。许多浮雕工艺品由于没有数字模型而无法复现,可利用线激光扫描将浮雕逆向生成三维模型,便于浮雕工艺品的加工。通过结合机器人与线激光,获取浮雕的点云数据,逆向建立浮雕的三维数字模型。搭建三维重建系统,根据实际模型的尺寸计算出机器人的扫描路径,机器人结合线激光扫描得到浮雕点云数据;进行点云数据的预处理,再根据基准平面,补偿带有机器人误差的点云数据;利用基于衍生的迭代最近点(GICP)算法进行点云的自动拼接,并对点云进行后处理;随后利用Delaunay三角剖分算法与曲面重建算法进行三维模型的重建。以老鹰浮雕为重建对象进行实验,实验结果表明用路径扫描拼接的点云处理更为方便,补偿数据后,精度可提高40.48%,有显著补偿效果,浮雕模型重建后与基准模型的标准差平均为0.0576 mm,可满足浮雕模型的重建需求。
线激光扫描 机器人控制 误差补偿 三维重建 浮雕 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211007
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为保证大口径离轴三反消像散(Three-Mirror Anastigmat,TMA)光学系统在轨成像质量,探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理,以矢量像差理论为基础,用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差,并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现,位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散;提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式,以系统出瞳波像差RMS值为评价标准,构建离轴TMA系统像差补偿模型,利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明:系统主镜存在0.5λ像散与彗差时,所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ;系统三镜存在0.05λ像散与彗差时,可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ,且当三镜面形误差在(−0.03λ,0.03λ)范围内时,可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值,使系统成像质量满足要求,为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。
离轴三反消像散 矢量像差理论 像差补偿 波像差 off-axis three-mirror anastigmat nodal aberration theory figure error compensation wavefront error 红外与激光工程
2023, 52(4): 20230053
1 郑州轻工业大学 物理与电子工程学院 河南省磁电信息功能材料重点实验室,河南 郑州 450000
2 郑州轻工业大学 物理与电子工程学院 郑州市信息光学与光电技术重点实验室,河南 郑州 450000
3 浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
为提升线结构光传感器的标定效率与精度,设计了一种集成自背光可调节位姿的平面棋盘格-同心圆互补线结构光标定系统。该系统基于同心圆圆心的真实投影位置与投影椭圆圆心位置的几何关系,建立非线性优化偏心误差补偿模型,精确得到透射投影下圆心偏心误差补偿位置。该方法与传统标定方法对比降低重投影误差84.7%,有效解决了圆形标志物偏心误差补偿的高精度标定难题。通过将相机坐标系下过光心、光条中心线的平面与靶标平面结合,多次获取空间交线的坐标信息增加特征点,并使用最小二乘法拟合光平面方程,解决了因特征点少从而平面拟合标定精度较低的问题。在复杂环境下重复实验测得大尺寸砂轮外径误差均值为0.005 1 mm,结果表明该标定系统具有一定的准确性和简便实用性。
线结构光 标定系统 偏心误差补偿 平面拟合 line structured light calibration system eccentric error compensation plane fitting