光柵投影三維測(cè)量技術(shù)精度及可靠性研究.pdf

1、光柵投影三維測(cè)量技術(shù)，具有高精度、易于實(shí)現(xiàn)、非接觸測(cè)量且能獲得被測(cè)物體全場(chǎng)三維信息等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，數(shù)字光柵投影測(cè)量技術(shù)，作為一種研究最為活躍的光學(xué)三維形貌測(cè)量技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于逆向工程、快速成型、虛擬現(xiàn)實(shí)、產(chǎn)品質(zhì)量控制與檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、打擊犯罪、文物保護(hù)等領(lǐng)域。隨著三維測(cè)量技術(shù)不斷進(jìn)步，如何實(shí)現(xiàn)精度高、速度快以及針對(duì)具有復(fù)雜型面物體的三維形貌測(cè)量尤為重要。本文主要研究提高光柵投影測(cè)量技術(shù)的測(cè)量精度以及測(cè)量可靠性問(wèn)題，并將相應(yīng)成果應(yīng)用到光

2、柵投影測(cè)量系統(tǒng)，具體包括:
　　 (1)介紹了當(dāng)今光柵投影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了影響光柵投影測(cè)量技術(shù)測(cè)量精度以及測(cè)量可靠性的若干關(guān)鍵因素。其中，如何減弱以至消除系統(tǒng)輸入輸出非線性響應(yīng)帶來(lái)的主值相位誤差，是提高測(cè)量精度首要解決的問(wèn)題。另外，當(dāng)被測(cè)物體含有復(fù)雜型面，例如:包含孔洞、急劇高度跳變、高噪聲等，或者同時(shí)具有多個(gè)待測(cè)目標(biāo)物體。如何進(jìn)行高效的主值相位展開(kāi)以獲得連續(xù)絕對(duì)相位，對(duì)于提高測(cè)量可靠性而言非常關(guān)鍵。
　　 (

3、2)提出了雙步相移光柵投影測(cè)量技術(shù)。傳統(tǒng)的雙三步相移算法證明可以較大程度的減少數(shù)字光柵投影測(cè)量輪廓術(shù)的測(cè)量誤差，基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摲治雠c實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，針對(duì)常用的四步、五步相移算法，提出了相應(yīng)的雙四步、雙五步相移算法。相較于雙三步相移算法，雙四步和雙五步相移算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且能極大的減少測(cè)量誤差，僅需通過(guò)投影兩倍數(shù)目傳統(tǒng)相移算法所需的投影光柵，并且可保持常用三步，四步及五步相移算法固有的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的測(cè)量精度得到較大提高。
　　 (3)提出了基

4、于投影光柵預(yù)編碼的非線性校正方法?？偨Y(jié)現(xiàn)有的非線性校正方法，基于投影光柵預(yù)編碼的非線性校正方法，通過(guò)對(duì)投影光柵引入一個(gè)合適的預(yù)編碼值，將經(jīng)過(guò)預(yù)編碼調(diào)制后的投影光柵用于實(shí)際測(cè)量，可以極大的削弱由非線性響應(yīng)帶來(lái)的測(cè)量誤差。提出一種新的求解合適預(yù)編碼值的方法，相對(duì)于傳統(tǒng)求解預(yù)編碼值方法，本文所提方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，并且能獲得較高精度的預(yù)編碼值，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所提方法可以較大程度的提高系統(tǒng)測(cè)量精度。
　　 (4)提出了一種枝切法主值相位展開(kāi)

5、方法。在受噪聲影響比較明顯的主值相位圖中會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)，傳統(tǒng)的相位展開(kāi)方法往往會(huì)帶來(lái)相位誤差，枝切法是一種典型的在高噪聲環(huán)境下獲得正確絕對(duì)相位的方法。枝切法的關(guān)鍵問(wèn)題是如何搜索最短枝切用于指導(dǎo)相位展開(kāi)，提出一種高效的求解最短枝切的智能優(yōu)化算法，在較短運(yùn)算時(shí)間內(nèi)即可搜索到最短枝切值，可以正確的指導(dǎo)枝切法相位展開(kāi)。
　　 (5)提出了一種基于灰階編碼的自校正主值相位展開(kāi)方法?；译A碼法常用于當(dāng)被測(cè)物體含有不連續(xù)部分、不均勻表面反射率、

6、多個(gè)孤立物體等復(fù)雜型面時(shí)主值相位展開(kāi)，能夠避免局部相位展開(kāi)誤差向全局范圍內(nèi)傳遞。但是拍攝獲取的灰階編碼光柵黑白區(qū)域的邊界處不具有設(shè)計(jì)的急劇變化，由此帶來(lái)展開(kāi)相位誤差。提出一種采用主值相位跳變來(lái)校正條紋階次的灰階編碼相位展開(kāi)方法，簡(jiǎn)單有效的避免了在黑白邊界處產(chǎn)生的展開(kāi)相位誤差，提高了光柵投影測(cè)量系統(tǒng)可靠性。
　　 (6)提出了一種基于相位編碼的主值相位展開(kāi)方法?；谙辔痪幋a的相位展開(kāi)方法作為一種較新提出的相位展開(kāi)方法，相較于基于灰