投影柵三維形貌相位去包裹算法研究.pdf

1、隨著時(shí)代和信息技術(shù)的發(fā)展，物體的三維信息在目標(biāo)檢測(cè)、數(shù)字模型生成、對(duì)象復(fù)制、逆向工程、快速成型、產(chǎn)品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制等許多領(lǐng)域體現(xiàn)了重要的價(jià)值。投影柵三維形貌測(cè)量技術(shù)因?yàn)榫哂心苋珗?chǎng)測(cè)量、耗時(shí)少、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為一種非常重要的物體三維形貌測(cè)量方法。近幾十年，三維形貌測(cè)量技術(shù)發(fā)展非常迅速。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了廣泛的理論和應(yīng)用研究。其中如何快速、精確地得到物體的三維形貌信息是目前三維測(cè)量研究的關(guān)注重點(diǎn)。在投影柵三維形貌測(cè)量時(shí)，

2、通過各種相位解調(diào)方法求得的相位信息被包裹在（-π，π）范圍內(nèi)，因此需要對(duì)其進(jìn)行相位去包裹，才能得到連續(xù)相位。盡管目前已有許多相位去包裹方法，但通過分析和比較發(fā)現(xiàn)，各種算法大多只針對(duì)某些特定情形有效，特別是在處理速度和精度方面存在各種局限性。因此開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)三維形貌測(cè)量的快速、可靠的相位去包裹算法仍然是投影柵三維形貌測(cè)量研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。
　　本課題從提高相位去包裹算法速度和精度兩個(gè)方面入手，針對(duì)三維形貌相位去包裹問題展開研究。

3、主要工作如下:
　　(1)在分析研究Gdeisat空域去包裹算法基礎(chǔ)上，針對(duì)其算法運(yùn)算量過大的問題，分別提出了增加包裹相位殘差點(diǎn)的空域算法和改進(jìn)的相位包裹次數(shù)減少方法。利用傅里葉變換的頻移特性，將Gdeisat算法中的傅里葉正變換、選頻、移頻和逆變換等繁瑣的處理過程，通過簡(jiǎn)單的空域處理直接實(shí)現(xiàn)，提高了相位去包裹的處理速度和精度。
　　(2)針對(duì)Servin兩步時(shí)域相位去包裹方法中G取值范圍有限的問題，提出了迭代兩步時(shí)域去包裹

4、算法，通過增加中間靈敏度投影光柵條紋，不同靈敏度級(jí)聯(lián)，擴(kuò)大了靈敏度G的取值范圍。
　　(3)針對(duì)時(shí)域相位去包裹算法需要拍攝許多光柵條紋圖像，處理時(shí)間長(zhǎng)的問題，將復(fù)合條紋投影方法與迭代兩步時(shí)域去包裹算法相結(jié)合，提出了一種更高效、精度更高的基于復(fù)合條紋投影的迭代兩步時(shí)域去包裹算法。
　　(4)雙頻時(shí)域相位去包裹算法在高低頻率比值較大時(shí)，容易受噪聲影響，對(duì)此，Zhang等提出幾何約束雙頻時(shí)域去包裹算法，通過提高低頻條紋頻率，來降低

5、高低頻率比值，利用幾何約束關(guān)系得到低頻條紋對(duì)應(yīng)的相位數(shù)據(jù)，但該方法需要對(duì)DFP系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算復(fù)雜。針對(duì)Zhang方法存在的復(fù)雜標(biāo)定問題，提出了一種改進(jìn)的基于幾何約束的相位去包裹算法。通過直接采集和處理投射到參考平面的低頻條紋圖，替換Zhang方法中復(fù)雜的標(biāo)定環(huán)節(jié)。改進(jìn)的算法，既簡(jiǎn)化了實(shí)際操作過程，又保留了Zhang算法的處理精度，因此能很好地兼顧雙頻時(shí)域相位去包裹算法速度和精度。
　　(5)在MATLAB R2014a編程環(huán)境