三维形貌测量

摘要： 针对并行彩色共聚焦测量系统在进行三维重构时质心识别效果差,处理效率低等问题,提出一种高效率、高精度的三维重构方法。该方法首先对三维重构实验得到的所有图像进行目标提取和图像拼接,得到待处理的拼接图像,通过MATLAB的regionprops函数和形态学处理提取拼接后各个被测点的质心及质心连通区域,并利用颜色转换算法进行相应的“H值-高度”转换,最后,比较并结合插值拟合算法实现了物体表面三维形貌的重构。为了验证该算法的可行性,针对一元硬币的“N”字和“E”字进行处理。实验结果表明,该系统的轴向测量范围为80μm,测量精度可达到微米级别。该算法可以快速有效地实现物体表面三维形貌的还原,相较于传统方法,处理效率提高5~6倍。

摘要： 宽光谱干涉显微术广泛应用于高精密检测领域,它测量样品形貌通常采用垂直扫描干涉术对亚微米至毫米级特征进行测量,以及相移干涉术对纳米级特征进行测量。其中,相移干涉术精度可达纳米级,但量程有限,高度变化对应的相位需限制在区间内。采用包裹相位展开算法可以扩展相移干涉术的量程,也仅适用于平滑表面,当高度起伏超出焦深或者光源相干长度的限定范围时,干涉条纹模糊或对比度丧失,所解算的结果将产生较大误差甚至错误。提出一种基于相位展开及拼接算法的高精度、大量程宽光谱干涉显微测量方法,以干涉条纹调制度量化条纹质量,条纹对比度高、成像清晰的区域对应调制度较高,定义当前焦面条纹调制度高于阈值的区域为理想区域,定义焦面条纹调制度低于阈值的区域为问题区域。以相位展开算法获得理想区域中的样品相位分布,问题区域的包裹相位不进行展开。使用微位移结构纵向移动物镜焦平面,选择合理的步长,使相邻焦面位置理想区域展开后的真实相位保持部分区域重合,根据重合区域的相位值均差可以实现不同焦面位置的高精度相位拼接,最终获得扩展量程的高精度真实相位结果,进而可以恢复样品完整的表面形貌分布。该算法通过对理想区域的筛选,避免了相位在问题区域展开带来的误差,可以得到精确的测量结果。通过模拟计算和实验验证,证明了该方法不仅保持了宽光谱干涉显微术中相移干涉术的纳米级高精度,还可将其量程从数百纳米拓展到数微米。而且,该方法精度不依赖于位移部件,理论上量程可以拓展到显微物镜的全工作距离。

摘要： 在物体的三维形貌测量中,点云拼接对三维重建具有至关重要的意义。本文提出一种多角度被测物图像点云拼接算法,在相机投影仪旋转不同角度的情况下,拍摄被测物体多角度的图像信息,设置被测物体外围的圆孔辅助进行点云拼接,并采用ICP算法提高拼接效果。实验结果表明,本方法拼接效果好且拼接速度有明显提升。

摘要： 在基于格雷码进行相位展开过程中,如不能对格雷码进行准确的二值化则会影响最终的展开结果。然而由于全局照明等因素的影响,造成一部分像素点在经历暗条纹时的亮度高于经历亮条纹的亮度,因此对于基于强度的格雷码,正确的二值化仍旧是一个挑战。在该实验中,首先使用深度学习的方法对不同频率的格雷码进行二值化并得到绝对相位,然后使用传统方法得到绝对相位,通过分离直接光和间接光,将传统方法中间接光强于直接光的像素替换为基于深度学习的结果,该方法兼顾了传统方法和基于深度学习的方法,仿真实验证明该方法具有可行性和准确性。

摘要： 相位解包裹是光学三维测量中获得连续相位分布的重要环节之一,断截相位解包裹结果的好坏会对测量精度产生重要的影响.针对已有的相位解包裹算法在解包裹后得到的连续相位波动幅度较大,不能对存在严重欠采样和较强噪声的包裹相位进行精确解包裹,从降低连续相位波动幅度和防止相位差出现突增突减现象的角度出发,提出一种基于四步相移法对连续相位逐一分段式斜率矫正的新型处理方法.仿真结果表明,该方法不仅提高了三维还原图的精度,还提升了三维形貌图的稳定性.该方法在处理三维图像问题时使其误差率降低了10.12％,具有一定的实用价值.

摘要： 针对目前结构光和共焦显微术相结合实现的三维形貌测量系统存在的移相和调焦均需要复杂的运动机构的不足,设计了一套采用空间光调制器取代传统压电陶瓷驱动光栅移动实现结构光投影及移相,采用电控液态透镜调焦取代传统精密电机驱动被测物体或投影系统移动实现纵向扫描,并以调制度测量轮廓术实现的三维形貌测量系统.该系统有效简化了结构,易于实现,综合性能优异.

摘要： 针对多特征带曲率、异形深孔的零件进行免粘贴合作目标三维形貌自动测量的需求,在CAD模型信息提取及异形零件测量站位规划的基础上,运用NDT-ICP匹配算法解算理论坐标系与机器人基坐标之间的关系,将理论坐标系下的站位坐标信息转换至机器人极坐标系下,驱动自动测量系统完成异形零件的测量,并完成测量数据与理论数据的三维偏差比较,证明该方法的可行性.

摘要： 陶瓷、古文物以及金属工件等高反光物体表面的三维形貌测量在各个领域有大量的需求和应用.由于表面反射率变化范围较大以及相机灰度范围有限等问题,传统的条纹投影方法不能正确地测量高反光表面的三维形貌.综述了高反光表面三维形貌测量技术的国内外研究现状、应用领域和未来发展方向.首先,根据所采用原理和测量方法的不同,将现有的高动态范围三维形貌测量技术分为下述六类进行详细的介绍:多重曝光法、投影图案强度法、偏振滤光片法、颜色不变量法、光度立体技术以及其他技术.然后,详细的比较了各种技术的优缺点并归纳其适应性分析.最后,总结了高反光表面三维形貌测量技术的应用领域并展望了该技术的未来研究方向.基于文中综述的内容,使用者可根据不同的应用需求和测量条件选择相应的最佳三维测量方法,进而更精确的重建高反光表面的三维形貌.

摘要： 采用工业相机、工业投影机、普通摄像头、计算机和机械臂开发了一套具有三维立体视觉的机械臂智能抓取分类系统.该系统采用自编软件实现了对工业相机、工业投影机的自动控制和同步,通过前期研究提出的双波长条纹投影三维形貌测量法获取了物体的高度信息,结合opencv技术和普通摄像头获取的物体二维平行面信息,实现了物体的自动识别和分类;利用串口通信协议,将上述处理后的数据传送至机械臂,系统进行几何姿态解算,实现了智能抓取,并能根据抓手上压力反馈自动调节抓手张合程度,实现自适应抓取.经实验证明该系统能通过自带的快速三维形貌获取装置实现准确、快速的抓取工作范围内的任意形状的物体并实现智能分类.%An intelligent grasp and classification system of manipulator with three-dimensional stereo vision is developed by using industrial camera, industrial projector, ordinary camera, computer and robot arm. The system realizes the auto-matic control and synchronization of industrial camera and industrial projector by using self-compiled software. The height information of object is obtained by the method of double-wavelength fringe projection three-dimensional topography measurement proposed in the previous research. The two-dimensional parallel plane information of object is obtained by combining opencv technology and ordinary camera, and the automatic recognition of objects is realized. The data are transmitted to the manipulator by serial communication protocol. The intelligent grasp is realized by calculating the geometric attitude of the manipulator. The grasping degree can be adjusted automatically according to the pressure feedback on the gripper. Experiments prove that the system can capture objects of arbitrary shape within the working range accurately and quickly, and can classify the objetcts intelligently by its own fast 3D shape acquisition device.

摘要： 为了得到多层薄膜系中各层薄膜的厚度和膜层间界面的面形,本文提出了一种基于扫描白光干涉仪的多层薄膜三维形貌测量方法.首先利用电磁场的边界条件得出了多层薄膜的反射相位与各层薄膜厚度之间的数学模型;接着提出利用非线性最小二乘算法对扫描白光干涉仪测得的多层膜反射相位进行拟合,将反射相位的线性项和非线性项分离,分别得到多层薄膜顶层界面的面形和各层薄膜的厚度,从而重构出多层薄膜的三维形貌.实验结果表明,本方法对多层薄膜的三维形貌测量是有效的,且该方法可以利用现成的扫描白光干涉仪实现测量,测量成本低、操作简单.

摘要： 由曲面测量技术是逆向工程的基础，可用于计算机辅助检测以及虚拟现场场景的建立。本文设计了基于闭合光刀法的自由曲面三维形貌测量系统，包括视觉传感单元与控制视觉传感单元运动以及图像采集的运功控制机构。提出将基于灰度梯度的条纹中心提取方法和基于液晶靶标的摄像机全局标定方法作为关键技术应用于本系统。基于灰度梯度方法的条纹中心提取方法，与同是求解条纹法向的Steger算法相比，保证精度并减小运算量。应用基于液晶靶标的摄像机全局标定方法，实现光平面到像平面坐标的直接映射，避免了繁琐的运算，操作简便，适合现场应用。当本系统测量范围为400mm×200mm×200mm，测量分辨率为±0.3mm，扫描时间小于15s。

摘要： 以投影光栅法为基础,利用自编程序在计算机上生成周期、像素可调的正弦条纹,通过LCD投影仪投射到待测物体表面,放置待测物体前后分别用CCD摄像机采集栅线条纹图作为参考平面和变形后物体条纹图,傅里叶变换法滤波后得到包含物体高度信息的相位差,经过相位解包裹处理,得到被测物体的三雏形貌.该方法简便易行,快速准确.

摘要： 针对传统的投影栅相位法测量强反射表面三维形貌时条纹图像饱和或条纹图像过暗等问题，提出将亮暗条纹投射、多曝光时间采集图像和图像合成等新技术加入到条纹投射与图像采集环节中，克服强反射表面引起的条纹图像失真问题。实验证明，该方法能够实现强反射表面三维形貌的非接触光学测量。

摘要： 近几年来,随着计算机技术、图像处理技术的迅速发展,三维表面微观形貌研究迅速进入实用阶段.与二维测量相比,三维形貌测量具有无可比拟的优势.本文论述了当前的表面形貌评价方法,分析了基于图像处理的新表征方式,详细描述了参数表征法在输油泵滑动轴承失效分析和2B不锈钢板表面形貌表征中的作用,最后指出了三维形貌表征中仍然存在的一些问题.

摘要： 本文对三维形貌测量技术进行了系统的介绍，并着重对三维形貌测量方法原理和技术特点进行了阐述。以矩形壳液耦合系统为例，利用傅立叶变换轮廓法实现了对低频大幅重力波表面的三维动态测量，为今后的理论研究提供了更丰富的实验依据。

摘要： 标志点定位是三维形貌测量的关键技术之一,其精度在很大程度上决定着系统的测量精度。其中,圆形标志点以其定位精度高、易于识别的优点得到了广泛的应用。结合Canny边缘检测、目标识别、亚像素边缘检测等技术,提出了一种可用于对复杂背景下的圆形标志点进行亚像素定位的方法。仿真实验证明该方法可以保证0.02像素的定位精度。随后,给出了一种利用圆形标志点进行深度像匹配的实例。

摘要： 为了实现快速三维形貌测量,提出了一种基于彩色条纹组合编码方法的光学三维测量系统。仅需一副图像即可得到物体的三维测量结果,可以适应三维快速测量的需要。采用透视投影模型,无需准确调整结构光投射器和摄像机的安放位置,具有广泛的适应性。另外提出了一种有效的条纹细化方法基本克服了杂散点对细化结果的影响。本文阐述了该测量系统的测量原理，提出了编解码方法,给出测量结果。实验证明,该方法计算时间少、精度较高,具有强的抗干扰能力。

摘要： 本文进行了龙洗的强迫振动实验，当龙洗壳壁受到一定频率激振力作用时，液面出现不同形态的大幅重力波现象。鉴于测试对象是自由水面重力波，而且液面变形幅度较大、水花飞溅，对测试手段提出了新的要求。根据交叉光轴的光学原理设计了实验测试系统，采用条纹间距连续可调的数字条纹光栅图像，利用高速图像采集系统进行连续采集。然后进行中值滤波、直方图处理、傅立叶变换、频域滤波、傅立叶反变换等处理，最终得到第一阶及第二阶大幅重力波任意时刻的三维形貌，通过对周期内多幅图像的连续处理可得到大幅重量波任意点的时间历程。这是对壳液耦合系统中自由表面波进行实验测试的新尝试，为今后的理论研究提供了丰富的实验数据。

摘要： 本文进行了龙洗的强迫振动实验，当龙洗壳壁受到一定频率激振力作用时，液面出现不同形态的大幅重力波现象。鉴于测试对象是自由水面重力波，而且液面变形幅度较大、水花飞溅，对测试手段提出了新的要求。根据交叉光轴的光学原理设计了实验测试系统，采用条纹间距连续可调的数字条纹光栅图像，利用高速图像采集系统进行连续采集。然后进行中值滤波、直方图处理、傅立叶变换、频域滤波、傅立叶反变换等处理，最终得到第一阶及第二阶大幅重力波任意时刻的三维形貌，通过对周期内多幅图像的连续处理可得到大幅重量波任意点的时间历程。这是对壳液耦合系统中自由表面波进行实验测试的新尝试，为今后的理论研究提供了丰富的实验数据。

摘要： 一种流体三维速度场与流体中变形体三维形貌的同步测量装置，包括大功率可控脉冲LED光源(1)，脉冲同步器(2)，帧曝光式数字相机(3)，大景深镜头(4)和相机支架(5)，使用大景深镜头(4)和多台相机同时从多个角度拍摄流场中同一区域的示踪粒子和变形体(6)的清晰图像，在各相机每次曝光的时间内大功率可控脉冲LED光源(1)闪光2次，每次闪光时刻的粒子成像都会叠加到该次曝光图像里最终构成单帧双曝光图像。依靠各图像上LED光源两次闪光时示踪粒子像点的色彩信息和多视角图像之间的关系可同时计算出流体三维速度场及变形体三维形貌。本发明对低流速的三维复杂流场和流固耦合现象的全场测量优势显著。

摘要： 本发明的非静止物体的三维图像测量装置包括对测量对象物体A投影图形光的图形投影机(1)、对投影了图形光的测量对象物体A进行摄像而摄像图像的照相机(2)、对由照相机(2)摄像的图像的数据进行处理的数据处理装置(3)，由图形投影机(1)和照相机(2)对测量对象物体A投影全面投影用的图形光以及强度调制图形光并摄影图像，根据摄影的全局照明反射图像以及反射图形图像推定测量对象物体A的运动状态，在调节全局照明反射图像以及反射图形图像之后，校正反射图形图像的强度值，根据校正后的反射图形图像的强度值算出形成有投影图形光的个别图形光的投影方位角，算出进深距离，所以能够非接触地得到高精度的三维信息。

摘要： 提供一种能够仅用一次投影便得到很多图形光信息、进而得到高速而且高精度的三维测量信息的三维测量装置、三维测量方法以及三维测量程序。本发明的三维测量装置由作为向测量对象物A投影图形光的投影单元的图形投影机(1)、作为摄影投影有图形光的测量对象物A的图像的摄影单元的照相机(2)、和处理通过该照相机(2)摄影得到的图像的计算机(3)构成。通过计算机(3)，根据从摄影得到的图像中提取的被投影图形光的强度值，计算出构成投影图形光的各个个别图形光的方位角，同时按强度值以周期为单位将被投影图形光的强度分布分割为若干个区域，然后在各个被分割的区域中，根据各个测量点的相位值计算其纵深距离，所以能够高精度地获取被测量物体的三维信息。

摘要： 一种流体三维速度场与流体中变形体三维形貌的同步测量装置，包括大功率可控脉冲LED光源(1)，脉冲同步器(2)，帧曝光式数字相机(3)，大景深镜头(4)和相机支架(5)，使用大景深镜头(4)和多台相机同时从多个角度拍摄流场中同一区域的示踪粒子和变形体(6)的清晰图像，在各相机每次曝光的时间内大功率可控脉冲LED光源(1)闪光2次，每次闪光时刻的粒子成像都会叠加到该次曝光图像里最终构成单帧双曝光图像。依靠各图像上LED光源两次闪光时示踪粒子像点的色彩信息和多视角图像之间的关系可同时计算出流体三维速度场及变形体三维形貌。本发明对低流速的三维复杂流场和流固耦合现象的全场测量优势显著。

摘要： 本发明涉及检测和利用在吹塑膜和铸塑膜工艺中制造的膜幅(13，40，51)的膜形貌(23)来改善膜幅(13，40，51)的质量。特别是通过本发明可以定量地检测膜形貌(23)。在另一方面，通过图案识别算法对膜形貌(23)进行分析并可选地分配误差图像(50)。这些信息得以利用，以基于误差图像通过控制处理建议来改进膜幅(13，40，51)的质量并且定量地检测膜幅(13，40，51)的平直度。另外，本发明还涉及用于在膜形貌(23)的确定的位置处影响膜幅(13，40，51)的特性的影响元件(30)。

摘要： 在通过从周围的多个视点拍摄测量对象物而进行该测量对象物的三维照片测量的技术中，抑制照相机位置的算出精度的降低。一种三维测量装置（200），其具有：图像数据受理部（210），受理通过由照相机从周围的多个视点拍摄测量对象物及随机点图案而获得的多个图像数据；照相机位置选择部（220），从拍摄到所述多个图像的多个所述照相机的位置中选择包围所述测量对象物的3处以上的照相机位置；立体图像选择部（221），从自所述照相机位置选择部（220）选择的照相机位置拍摄的图像中选择立体图像；外部标定要素算出部（245），利用使用了所述立体图像的交会法，算出拍摄到所述立体图像的照相机的位置，所述照相机位置的选择被进行多次，在不同的选择时，所选择的至少一部分的照相机位置不重复。

摘要： 本发明涉及三维形状测量装置、三维形状测量系统、程序、计算机可读取的存储介质及三维形状测量方法，不需要编码器等而准确地测量被测对象的三维形状信息。三维形状测量装置(10)具备标记搜索部(104)，其使用搜索用标记(40)算出形成有由线激光(60)在被测对象(70)的表面上形成的光切断线的部分的坐标。

摘要： 本发明的非静止物体的三维图像测量装置包括对测量对象物体A投影图形光的图形投影机(1)、对投影了图形光的测量对象物体A进行摄像而摄像图像的照相机(2)、对由照相机(2)摄像的图像的数据进行处理的数据处理装置(3)，由图形投影机(1)和照相机(2)对测量对象物体A投影全面投影用的图形光以及强度调制图形光并摄影图像，根据摄影的全局照明反射图像以及反射图形图像推定测量对象物体A的运动状态，在调节全局照明反射图像以及反射图形图像之后，校正反射图形图像的强度值，根据校正后的反射图形图像的强度值算出形成有投影图形光的个别图形光的投影方位角，算出进深距离，所以能够非接触地得到高精度的三维信息。

摘要： 本发明涉及一种基于光栅投影三维成像的多光谱三维形貌测量方法及装置，属于无损检测技术领域。本发明装置主要包括信号处理器、光谱分析仪、多光谱图像采集仪、多光谱投影仪。本发明方法可以在测量表面颜色、材质不均匀的物体时自适应性调节装置所工作的光谱波段，针对所测量物体不同区域光谱发射率不同的情况自动规划待测量光谱集，并通过多光谱图像数据融合的方法提高测量的整体精度，而且测量速度快，测得点云密集，点云泊松重构得到的物体表面三维形貌细节丰富。本发明大幅提高了光学三维形貌测量技术对测量环境的适应性，可以应用于材料的健康检测系统中。

摘要： 本发明涉及一种基于光栅投影三维成像的多光谱三维形貌测量方法及装置，属于无损检测技术领域。本发明装置主要包括信号处理器、光谱分析仪、多光谱图像采集仪、多光谱投影仪。本发明方法可以在测量表面颜色、材质不均匀的物体时自适应性调节装置所工作的光谱波段，针对所测量物体不同区域光谱发射率不同的情况自动规划待测量光谱集，并通过多光谱图像数据融合的方法提高测量的整体精度，而且测量速度快，测得点云密集，点云泊松重构得到的物体表面三维形貌细节丰富。本发明大幅提高了光学三维形貌测量技术对测量环境的适应性，可以应用于材料的健康检测系统中。