投影測量相位提取技術(shù)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)光投影三維輪廓測量廣泛應(yīng)用在國防安全,工業(yè)生產(chǎn),柔性制造,太空探測,醫(yī)療檢查等領(lǐng)域,其中只需要一幅調(diào)制圖像就可以提取出被測物體三維輪廓的傅里葉輪廓術(shù)及其拓展方法具有數(shù)據(jù)點(diǎn)云密度大,精度高,環(huán)境友好,非接觸,對(duì)被測物體無損傷,適合動(dòng)態(tài)物體測量等優(yōu)點(diǎn),成為結(jié)構(gòu)光投影三維輪廓測量的主流方法。
　　針對(duì)傳統(tǒng)相位提取方法速度慢的問題,提出了基于離散Meyer小波的變形條紋相位提取方法,有效解決了相位提取的速度問題。研究了調(diào)頻調(diào)幅信號(hào)的數(shù)

2、學(xué)特征,并據(jù)此構(gòu)造了一個(gè)代價(jià)函數(shù),代價(jià)函數(shù)的最小值對(duì)應(yīng)著變形條紋信號(hào)Meyer小波分解的最優(yōu)層次。該方法的優(yōu)勢在于速度快,適用于背景較簡單的條紋,能有效減少相位突變和頻譜混疊帶來的影響。
　　傳統(tǒng)上,當(dāng)被測物體表面高度變化較緩時(shí),采用MexicanHat小波可得到較高的處理速度和精度,但MexicanHat小波采用固定的變換尺度,當(dāng)載波頻率和被測對(duì)象發(fā)生變化時(shí),MexicanHat小波的魯棒性特別差。利用傅里葉變換的微分性質(zhì),文中

3、重新構(gòu)造了一個(gè)代價(jià)函數(shù),和原有的代價(jià)函數(shù)相比較,新代價(jià)函數(shù)僅僅由一項(xiàng)構(gòu)成,結(jié)構(gòu)非常簡單,數(shù)學(xué)原理清晰,運(yùn)行結(jié)果穩(wěn)定?；谛麓鷥r(jià)函數(shù),提出了兩種方法,第一種方法仍舊采用離散Meyer小波對(duì)變形條紋信號(hào)進(jìn)行處理,其速度稍慢于前述方法,但對(duì)噪聲的敏感程度下降,魯棒性更強(qiáng);第二種方法采用新的代價(jià)函數(shù)自適應(yīng)的計(jì)算MexicanHat小波的最優(yōu)尺度,適用于被測物體表面高度梯度變化范圍較小的變形條紋,進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)該代價(jià)函數(shù)可以自適應(yīng)的從變形條紋

4、的EMD分解中找到最優(yōu)的載頻分量。
　　為了提高相位提取的精度,基于OWT_SURE_LET方法,提出了一種改進(jìn)的小波去噪方法,該方法采用冗余小波變換,無需假設(shè)小波系數(shù)服從某種先驗(yàn)分布,并且,文中從理論上詳細(xì)推導(dǎo)了該改進(jìn)算法的小波系數(shù)最優(yōu)估計(jì)過程和步驟,并采用峰值信噪比(PSNR)和變形條紋相位提取均方根誤差這兩個(gè)性質(zhì)指標(biāo),驗(yàn)證改進(jìn)算法的有效性。
　　傳統(tǒng)小波輪廓術(shù)采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃和代價(jià)函數(shù)計(jì)算最優(yōu)小波脊,在相位突變點(diǎn)處的誤差比

5、較大,為了克服這個(gè)問題,提出使用具有對(duì)數(shù)尺度間隔的二進(jìn)小波進(jìn)行變形條紋信號(hào)的相位提取,使用OTSU算法自適應(yīng)的從二進(jìn)小波脊及其鄰域內(nèi),提取幅值較大的小波系數(shù),并用其重構(gòu)載波信號(hào),當(dāng)噪聲較小時(shí),該方法可以有效的克服相位突變引起的誤差。
　　傳統(tǒng)傅里葉變換輪廓術(shù)采用帶通濾波的方法消除噪聲和背景分量,但該方法中濾波器的中心頻率和通帶寬度難以確定。在二進(jìn)小波變換的研究基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)采用一定的小波子信號(hào)可以高精度的重構(gòu)出載波分量,并提出了一個(gè)

6、經(jīng)驗(yàn)公式,可以自適應(yīng)的選擇需要的小波子信號(hào),該方法等同于一個(gè)自適應(yīng)帶通小波濾波器,其帶寬和中心頻率完全由算法自適應(yīng)的決定。當(dāng)頻譜混疊可以忽略時(shí),算法可有效的解決傅里葉變換輪廓術(shù)中中心頻率和通帶寬度難以確定的難題,具有很好的魯棒性,對(duì)噪聲的抑制力較強(qiáng),解相結(jié)果較平滑。
　　自適應(yīng)性和魯棒性是三維測量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的基本要求,文中提出的所有相位提取方法均是自適應(yīng)的,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的,工作過程中無需人工干預(yù),即使對(duì)完全不同類型的測量對(duì)象,也