作者单位
摘要
1 河北工业大学机械工程学院,天津 300401
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
3 西安交通大学机械工程学院,陕西 西安 710049
4 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室,陕西 西安 710065
条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异,提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光,利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象,抑制表面高光的形成,从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明,与多重曝光方法相比,利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建,有效降低了投影图像的数量,提高了测量效率。
三维测量 条纹投影 高反光物体表面 颜色编码 
光学学报
2024, 44(7): 0712001
作者单位
摘要
哈尔滨理工大学 先进制造智能化技术教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
条纹结构光技术是近年来发展迅速的非接触式测量方法,为机械加工在机检测提供了新的解决方案。由于加工环境光线复杂且金属零件本身具有高反光的特性,造成结构光在机检测的精度降低。将高动态范围(High Dynamic Range,HDR)技术应用于结构光检测中,可抑制高反光的影响,实现金属零件在复杂场景的测量。本文首先介绍了结构光测量原理,总结出HDR结构光在机检测面临的难点;其次,对HDR结构光技术进行了全面综述,以机械加工在机检测为背景,对基于硬件设备的HDR技术和基于条纹算法的HDR技术分别进行了归纳分析;然后,根据在机检测的条件需求,对各类技术进行总结,并比较不同方法的优缺点和在机检测的适用性;最后,结合近年来先进制造技术和精密测量的研究热点,对潜在应用进行分析,提出技术展望。
三维测量 结构光 条纹投影 高动态范围 在机检测 three-dimensional measurement structured light fringe projection high dynamic range on-machine detection 
中国光学
2024, 17(1): 1
金子蘅 1,2,3徐可 1,2,3张宁远 1,2,3邓潇 1,2,3[ ... ]冯世杰 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室,江苏 南京 210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院,江苏 南京 210019
3 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
近年来,深度学习技术广泛应用于计算光学三维成像的研究中。在条纹投影轮廓术中,通过训练深度学习网络,可从单幅条纹图像中恢复高精度的相位信息。然而,为了训练神经网络模型,通常需要耗费大量的时间成本和人力成本来采集训练数据集。为了解决该问题:首先,建立数字孪生条纹投影系统,并利用域随机化技术对虚拟照明光栅进行增强,使用计算机进行虚拟扫描,生成大量仿真光栅条纹图像;其次,利用仿真光栅图像对U-Net神经网络进行预训练;最后,引入迁移学习,采用少量真实光栅条纹图像对神经网络进行参数微调。由于U-Net的结构特殊性,提出并分析了“从左至右”“从上至下”“全局微调”等3种U-Net神经网络微调策略。实验结果表明,采用“从上至下”策略微调U-Net“瓶颈”网络模块的方法可获得最佳的迁移学习结果,神经网络的相位预测精度可得到显著提升。相比于使用大量真实数据进行训练,所述方法仅利用20%的数据就可训练神经网络获得高精度的相位重建结果。
计算成像 条纹投影 深度学习 迁移学习 条纹分析 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211024
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
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
雷经发 1,2莫云杰 1,2张淼 1,2李永玲 1,3[ ... ]孙虹 1,2
作者单位
摘要
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室, 安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室, 四川 自贡 643000
配油盘作为液压系统的核心元件之一, 其曲面尺寸是否合格直接关系到液压系统的性能。针对其表面部分轮廓特征提取困难、测量误差较大的问题, 提出一种基于附加图像边缘检测的球面分割及尺寸测量方法: 首先, 采用Sobel算子对拍摄的配油盘图像边缘进行锐化并提取球面部分轮廓形成掩膜; 然后, 借助掩膜分割出球面部分的四步相移图, 采用四步相移法求解相位主值, 并使用双频外差法展开相位; 最后, 通过系统标定, 计算得到配油盘球面部分的三维点云数据, 并进行球面拟合。试验结果表明: 采用该方法能够分割出较为清晰的球面部分点云图, 基于点云数据拟合的测量精度99.238%, 高于依据高度分割、区域生长分割、RANSAC(random sample consensus)分割和手动框选等方法的测量精度, 实现了配油盘球面尺寸的高精度测量。
轮廓分割 配油盘 球面拟合 光栅投影 尺寸测量 contour segmentation oil distribution plate sphere fitting fringe projection size measurement 
应用激光
2023, 43(3): 0100
作者单位
摘要
河北工业大学 机械工程学院, 天津 300400
三维形貌测量技术中, 解调相位是分析变形条纹图进而获取物体表面信息的关键步骤。相移法是一种非频域分析方法, 需要三幅及以上条纹图, 只适用于静态测量; 而频域分析的相位解调方法, 比如傅里叶变换、窗式傅里叶变换、小波变换以及希尔伯特黄变换, 它们只需要一幅条纹图即可提取相位, 更加易于操作, 自动化程度更高, 适用于动态情况的相位提取。文章介绍了几种相位解调方法的研究现状, 深入分析了频域分析的相位解调方法的基本原理及其对相位的解调效果, 最后总结了频域分析的相位解调方法的特点及对未来的展望。
光学测量 条纹投影 频域分析 相位解调 optical measurement fringe projection frequency domain analysis phase demodulation 
光学技术
2023, 49(4): 436
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
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。
三维测量 条纹投影 计算莫尔轮廓术 实时测量 高精度 3D measurement fringe projection computer-generated Moiré profilometry real time measurement high precision 
光学与光电技术
2023, 21(5): 1
江会交 1,2尹卓异 3张琴 1林清华 1[ ... ]康新 1,4,*
作者单位
摘要
1 莆田学院机电与信息工程学院,福建 莆田 351100
2 福建农林大学机电工程学院,福建 福州 350109
3 东南大学土木工程学院,江苏 南京 211189
4 南京理工大学理学院,江苏 南京 210094
为了消除投影仪的伽马效应,近年来二值条纹投影轮廓术得到快速发展。如何确定合适的离焦量是二值条纹离焦投影三维测量的关键问题。离焦不足时,条纹会包含高阶谐波;离焦过度的话,条纹对比度降低,相位分辨率降低,同时噪声的影响相对变大。离焦不足或离焦过度都会影响相位测量精度。为了解决这一问题,基于数字相关法提出一种最优离焦量的确定方法。该方法利用条纹与其二阶微分的相关性来确定最佳离焦量,以获得准正弦条纹。在欠离焦和过离焦情况下,相关系数均较小,只有当条纹为准正弦条纹时,相关系数取得极大值。对该方法进行了数值模拟和实验验证。实验结果表明,所提方法具有速度快、准确性高的优点,可在二值条纹投影过程中实时跟踪相关系数并确定最佳离焦量。
成像系统 二值离焦 数字相关 定量评估 二阶微分 条纹投影轮廓术 
激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211002
作者单位
摘要
1 河北工业大学 机械工程学院,天津 300130
2 赫德斯菲尔德大学 精密技术中心,赫德斯菲尔德 HD13 DH
结构光三维形貌测量方法越来越多地应用于逆向工程、航空航天、生物医学、文物保护等领域。相位展开作为结构光三维测量中的一个关键环节对测量精度、速度和可靠性起着决定性作用。文中综述了相位展开技术的基本原理、国内外研究现状、各类方法的优缺点和未来发展方向。首先根据相位展开计算方法不同,将现有的用于结构光三维形貌测量技术的相位展开技术分为以下四类进行详细的介绍:时间相位展开技术、空间相位展开技术、基于深度学习的相位展开技术和其他相位展开技术;然后详细比较了各种技术的优缺点;最后总结了相位展开技术的特点并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容,研究者们可用于了解各类相位展开技术的原理与进展,进而根据不同方法的特点对比结合应用需求和测量条件选择最有效的相位展开技术,实现三维形貌的精确测量。
相位展开 三维形貌测量 条纹投影 绝对相位 phase unwrapping 3D shape measurement fringe projection absolute phase 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230126
王张颖 1,2张宁宁 3高楠 4李奎 1,2[ ... ]张宗华 4,*
作者单位
摘要
1 河北工业大学 电气工程学院,天津 300401
2 河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津 300401
3 天津津航技术物理研究所,天津 300300
4 河北工业大学 机械工程学院,天津 300130
条纹投影轮廓术以其高速、高精度的优点在机械零件自动在线检测、汽车制造、文化遗产保护等领域得到了广泛的应用。然而,传统的条纹投影采用单一曝光时间或单一投影强度来测量高动态范围的物体,在反射率较大的区域会发生过度曝光,超过相机传感器的最大亮度范围,导致无法获得真实的强度和准确的三维数据。为解决此问题,利用彩色相机对单色条纹投影的不同颜色通道响应,提出了一种基于单色条纹投影的高动态范围物体表面三维测量方法。该方法投影蓝色条纹图到被测物体表面,彩色相机从另一个视角采集彩色条纹图像。从采集的彩色条纹图像中分离蓝绿通道对应的两个条纹图像。从蓝绿通道条纹图像中选择不饱和且调制度最大的一组像素生成蓝绿通道的掩膜图像,利用蓝绿通道的掩膜图像和蓝绿通道条纹图像合成高动态图像。然后应用相位解算方法和系统标定,实现高动态范围物体表面形貌的三维测量。实验验证了该方法的有效性。所提方法一方面减少了投影图像的数量,避免了复杂的计算问题,提高了测量效率;另一方面,不需要额外的硬件设施。
三维形貌测量 条纹投影 高动态范围物体 彩色相机 3D shape measurement fringe projection high dynamic range object color camera 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230327

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