基于光纖干涉條紋投射的結(jié)構(gòu)光三維形貌測量技術(shù)研究.pdf

1、本文依托國家自然科學基金面上項目和精密測試技術(shù)及儀器國家重點實驗室探索性課題,研究小尺寸物體表面三維形貌動態(tài)測量技術(shù),發(fā)展了一種基于光纖干涉條紋投射的結(jié)構(gòu)光三維形貌測量方法:采用馬赫-澤德光纖干涉儀結(jié)構(gòu)和楊氏雙孔干涉原理實現(xiàn)高密度余弦分布干涉條紋結(jié)構(gòu)光投射,通過面陣相機采集受被測物體調(diào)制后的變形干涉條紋圖像,利用傅里葉變換輪廓術(shù)算法并結(jié)合測量系統(tǒng)數(shù)學模型,最終實現(xiàn)對被測物體表面三維形貌的恢復與測量。論文主要研究內(nèi)容包括:
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2、進一步研究基于馬赫-澤德光纖干涉儀結(jié)構(gòu)和楊氏雙孔干涉理論的小視場范圍高密度條紋結(jié)構(gòu)光投射方案,并建立光纖干涉條紋投射系統(tǒng)數(shù)學模型,通過建模仿真研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對投射條紋性質(zhì)的影響。實際搭建雙光纖干涉條紋投射系統(tǒng),通過面陣相機采集投射光場內(nèi)干涉條紋圖像并分析,驗證方案可行性。
　　2、以補償干涉條紋隨機相位波動為目標,提出利用光纖干涉臂輸出端面菲涅爾反射信號設計實現(xiàn)閉環(huán)相位穩(wěn)定控制系統(tǒng);通過直流相位跟蹤和交流相位跟蹤干涉條紋相位穩(wěn)定

3、控制方法,驅(qū)動壓電陶瓷改變光纖干涉臂長度以控制干涉光波相位差,實現(xiàn)投射干涉條紋不隨環(huán)境溫度波動而產(chǎn)生相位漂移。
　　3、以精確提取干涉條紋相位信息為目標,提出高斯變換函數(shù)算法對實際采集干涉條紋圖像進行補償,實現(xiàn)條紋背景光強的均勻分布。提出采用條紋等值線濾波算法,在濾除干涉條紋圖像中隨機噪聲的同時保持其余弦分布特征。對干涉條紋圖像背景光強、空間頻率、噪聲對傅里葉變換相位提取過程中的頻譜混疊及相位解包裹影響進行研究,為帶通濾波器窗口選

4、擇、相位展開誤差消除、干涉條紋相位信息精確獲取提供依據(jù)。研究雙頻相位解包裹算法并進行仿真驗證,為實現(xiàn)雙波長光纖干涉條紋投射高精度三維形貌測量提供算法基礎。
　　4、構(gòu)建了光纖輸出端面和相機鏡頭連線與被測物體參考平面在非平行條件下的干涉條紋相位信息與實際三維坐標信息的數(shù)學關(guān)系模型。根據(jù)干涉條紋相位差值與被測物體表面高度信息的線性對應關(guān)系,采用隱式標定法實現(xiàn)對測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的快速獲取,并通過誤差分析對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設置。