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【6h】

投影条纹形貌测量中的非线性相位误差补偿方法研究

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投影条纹法近年来发展非常迅速，是一种典型的光学形貌测量技术，其具有实时、全场、快速、非接触和无损测量等优点，投影条纹法不仅能测量连续物体的三维形貌，与多频方法结合还能够测量不连续物体的三维形貌测量。随着科学技术的发展，对投影条纹法的三维形貌的精度要求越来越高。提高精度不仅和测量设备有关，而且测量过程中的误差也不能忽视，投影条纹的误差主要是由于投影仪引起的非线性相位误差。本文在对非线性相位误差进行进一步研究之后，分别改进了LUT查表法的相位误差补偿方法和提出了相位误差补偿的反相法。论文的主要工作分为以下几个部分:
　　首先，介绍了投影条纹形貌测量技术背景、发展趋势以及基本原理、投影条纹的非线性相位误差补偿方法、单频、多频条纹的去包裹技术以及高度和相位之间的转换关系。通过仿真分析非线性误差的多项式模型中各阶残余参数的影响，发现对于四步相移法而言非线性误差的频率是条纹频率的4倍。当周期相同的情况下，物体的二阶残余和三阶残余之比越接近1，非线性误差越小。当二阶残余和三阶残余比值一定的情况下，非线性误差的振幅不随条纹周期改变。
　　其次，改进了非线性相位误差补偿的LUT查表法。通过给出LUT查表法的补偿原理，执行了标定块的单频和多频的投影条纹的三维形貌测量实验，改进的LUT方法明显补偿了非线性相位误差，证明了改进的LUT查表法的可靠性。
　　最后，提出了非线性相位误差补偿的多频反相法，通过对相移法偏移相位π/4来改变非线性相位的符号，达到补偿非线性相位误差的目的。通过平面、台阶和球冠仿真模拟来分析非线性相位误差补偿原理的可行性，针对四步相移法而言，非线性相位误差频率是投影条纹频率的四倍。通过单频和多频投影条纹实验，验证了多频反相法对非线性相位误差补偿的有效性和可行性，提高了被测物体的精度。

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