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Recent Progress of Full‑Field Three‑Dimensional Shape Measurement Based on Phase Information

Nanomanufacturing and Metrology 2024年第2期7卷 26-41页

作者： Yajing Bai Zonghua Zhang Shuai Fu Hongwei Zhao Yubo Ni Nan Gao Zhaozong Meng zeqing yang Guofeng Zhang Wei Yin School of Mechanical Engineering Hebei University of TechnologyTianjin 300401China School of Mechanical Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049ShaanxiChina National Key Laboratory of Strength and Structural Integrity Aircraft Strength Research Institute of ChinaXi’an 710065ShaanxiChina

Full-field three-dimensional(3D)measurement technology based on phase information has become an indispensable part of geometric dimension measurement in modern scientific research and engineering *** field has been developing and evolving for the study of highly reflective phenomena,diffuse reflections,and specular surfaces,and many novel methods have emerged to increase the speed of measurements,enhance data accuracy,and broaden the robustness of the ***,we will discuss the latest research progress in full-field 3D shape measurement based on phase information systematically and ***,the fundamentals of 3D shape measurement based on phase information are introduced,namely,phase-shifting and transform-based ***,recent technological innovations are highlighted,including increases in measurement speed and automation and improvements in robustness in complex *** particular,the challenges faced by these technological advances in solving highly dynamic,composite surface measurement problems are presented,i.e.,with multiexposure techniques proposed for high dynamics that extend the dynamic range of the camera to reduce the effects of overexposure but increase the cost of time and have high hardware requirements,fringe adaptive techniques that overcome light variations but are computationally complex,and multipolarized camera techniques that reduce the effects of light variations but are sensitive to the light ***,the phase-shifting method combined with coding is proposed to improve the measurement speed,but the accuracy is slightly *** learning techniques are proposed to cope with measurements in complex environments,but the dataset computation process is ***,future research directions are suggested,and the challenges are ***,this work provides a reference for researchers and engineers.

关键词： 3D measurement Phase information Fringe projection Phase measuring deflectometry

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舵类结构件几何量误差视觉检测方法及误差评定

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光学精密工程 2024年第2期32卷 158-170页

作者：杨泽青平恩旭陈英姝胡宁张毅金一吕雅丽河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 天津爱思达航天科技股份有限公司天津300000

针对现有接触式测量方法装夹定位后只能测量一种或两种参数、检测效率低等问题,提出一种舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测方法。首先,利用计算机视觉系统获取舵轴和舵面区域图像,利用图像预处理技术去除图像畸变和噪声,为了更有... 详细信息

针对现有接触式测量方法装夹定位后只能测量一种或两种参数、检测效率低等问题,提出一种舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测方法。首先,利用计算机视觉系统获取舵轴和舵面区域图像,利用图像预处理技术去除图像畸变和噪声,为了更有效地提取舵类结构件边缘,分别采用Sobel算子、Scharr算子、Laplace算子和Canny算子对图像进行边缘检测以确定轮廓,实验对比发现Scharr算子处理后的舵轴图像边缘更清晰且无间断,Canny算子处理后的摇臂图像边缘比较清晰,因此选用Scharr算子提取舵轴图像边缘、Canny算子提取摇臂图像边缘。结合被测要素特点,采用霍夫直线和霍夫圆检测方法提取舵面边缘线特征、舵轴母线特征、摇臂圆轮廓特征;确定了舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的基准要素,构建了几何量误差检测目标函数,运用自适应遗传算法计算最优解;结合相机标定的内外参矩阵,得到舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的测量值。最后,研发了舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测软件,搭建了视觉检测实验平台,实现了几何量误差及装配角度误差快速检测功能。经过多次重复测量实验,对称度检测精度达到0.055 mm,垂直度检测精度达到0.225 mm,装配角度检测精度达到0.772°,完成单次检测耗时7 s。该方法不仅提高了几何量误差检测精度和检测效率,同时有助于提高舵类结构件成型-制造-在机检测的自动化和智能化水平。

关键词：舵类结构件几何量误差视觉检测霍夫变换

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基于镜面和漫反射面标定板的系统参数标定

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光学精密工程 2024年第9期32卷 1338-1346页

作者：杨小娜倪育博孟召宗高楠杨泽清张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

为获取同一像素点镜面反射和漫反射两种反射特性的相位信息和标定数据,实现兼具镜面和漫反射面的复合表面物体三维形貌的全场测量,进而扩大测量范围,提出一种基于镜面/漫反射面标定板的系统参数标定方法。设计并制作镜面/漫反射面标定板... 详细信息

为获取同一像素点镜面反射和漫反射两种反射特性的相位信息和标定数据,实现兼具镜面和漫反射面的复合表面物体三维形貌的全场测量,进而扩大测量范围,提出一种基于镜面/漫反射面标定板的系统参数标定方法。设计并制作镜面/漫反射面标定板,该标定板呈棋盘格样式,其表面带有相邻距离已知的标识。基于镜面/漫反射面标定板的特殊构型,通过限位平移的方式,结合外参约束和样条插值算法以融合获取完整参考相位。在同一坐标系下,逐像素标定空间距离、系统参数、像素位置和横向坐标XY间的映射关系。最后,利用完整参考相位和逐像素标定数据重建复合表面物体的三维形貌。实验结果表明:与非全场测量相比,基于镜面和漫反射面标定板的参数标定方法的测量范围扩大了1.5~2倍。该方法在不牺牲精度的同时,实现了非连续复合表面物体三维形貌的全场测量,扩大了测量范围,对复合表面物体的三维形貌测量有实际应用价值。

关键词：系统标定镜面和漫反射面标定板复合表面全场测量

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基于彩色正交条纹的串扰与色差补偿方法

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光子学报 2024年第8期53卷 236-246页

作者：马凤倪育博孟召宗高楠杨泽青张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 西安交通大学机械工程学院西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

提出一种基于彩色正交条纹逐像素校正串扰及色差的方法。通过投影正交彩色条纹图,建立串扰系数与平均光强、背景光强的数学模型及不同光通道间的像素匹配关系,完成串扰的消除及通道间色差的校正。对提出的方法进行实验,结果表明所提方... 详细信息

提出一种基于彩色正交条纹逐像素校正串扰及色差的方法。通过投影正交彩色条纹图,建立串扰系数与平均光强、背景光强的数学模型及不同光通道间的像素匹配关系,完成串扰的消除及通道间色差的校正。对提出的方法进行实验,结果表明所提方法使得测量标准台阶的测量误差从未补偿时的0.647 mm降低为0.031 mm。与传统的串扰和色差补偿方法相比,本文所提方法的测量精度提高了0.014 mm,且所需采集的条纹图的数量减少为原来的一半,能够有效地提高条纹投影技术的测量效率及测量精度。

关键词：光学系统三维测量串扰色差误差补偿

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彩色高反光表面自适应编码条纹投影轮廓术

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光学学报 2024年第7期44卷 74-82页

作者：王颖倪育博孟召宗高楠郭彤杨泽青张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色... 详细信息

条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异,提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光,利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象,抑制表面高光的形成,从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明,与多重曝光方法相比,利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建,有效降低了投影图像的数量,提高了测量效率。

关键词：三维测量条纹投影高反光物体表面颜色编码

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基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

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红外与激光工程 2024年第4期53卷 201-214页

作者：宿朝阳王张颖倪育博高楠孟召宗杨泽青张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学电气工程学院天津300401 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行... 详细信息

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。

关键词：相位偏折测量术透明物体多频相移三维形貌

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基于离焦二值显示和条纹投影的复合表面三维测量方法

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光电工程 2024年第4期51卷 88-99页

作者：邵金凤倪育博孟召宗高楠高宇森杨泽青张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

由于复合表面物体中漫反射部分和镜面部分反射性质不同,受到相机景深的限制,镜面成像的正弦条纹发生离焦,从而引起相位误差。为了实现复合表面物体的高效、高精度测量,本文提出了一种离焦二值结合正弦条纹的复合表面三维形貌测量方法。... 详细信息

由于复合表面物体中漫反射部分和镜面部分反射性质不同,受到相机景深的限制,镜面成像的正弦条纹发生离焦,从而引起相位误差。为了实现复合表面物体的高效、高精度测量,本文提出了一种离焦二值结合正弦条纹的复合表面三维形貌测量方法。首先,本文基于刃边法与二次模糊法对系统离焦程度进行分区标定,解决了由于相机倾斜放置导致参考面离焦程度不同的问题。然后,建立二值条纹相位误差模型,确定最佳条纹宽度和离焦量范围。最后,对轻微离焦区域的二值条纹进行离焦补偿,确保相机采集的条纹均在最佳离焦范围内。在此基础上进行三维形貌测量。实验结果表明,所提方法使镜面部分误差从原来的0.033 mm降至0.019 mm,提高了复合表面测量精度。

关键词：复合表面测量二值离焦技术离焦估计参数选择离焦补偿

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城市道路电力箱体“三化”要求背景下箱式变电站的研制与应用

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农村电气化 2024年第8期 74-79页

作者：王帆胡家欣黎俊卿杨泽青贾平赵颖贾昌华国网北京海淀供电公司北京海淀100097 北京潞电电气设备有限公司北京通州101106

针对北京市现有电力箱体尺寸过大、数量过多、位置不合适等问题,研制多种满足“隐形化、小型化、景观化”要求的箱式变电站(简称“箱变”)。通过实地调研,提出了多种具体的满足“三化”要求的解决方案。通过研制多款标准型、沉箱型和半... 详细信息

针对北京市现有电力箱体尺寸过大、数量过多、位置不合适等问题,研制多种满足“隐形化、小型化、景观化”要求的箱式变电站(简称“箱变”)。通过实地调研,提出了多种具体的满足“三化”要求的解决方案。通过研制多款标准型、沉箱型和半地埋型等3种类型的箱变,满足了胡同、公园、临街店铺、行道树间和隔离带等多种场景下“三化”的需求。文章给出了箱变结构设计的具体方案,并展示了这些新型箱变在实际场景中的应用效果。

关键词：箱式变电站 “三化” 模块化设计

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Single-particle spectroscopies of p-wave and d-wave interacting Bose gases in normal phase

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Communications in Theoretical Physics 2024年第5期76卷 140-147页

作者： zeqing Wang Ran Qi Department of Physics Renmin University of ChinaBeijing 100872China

Motivated by experiments with interacting quantum gases across high partial wave resonance,we investigate the thermodynamic properties and single-particle spectra of Bose gases in normal phase for different interaction strengths for both p-and d-wave *** equation of state,contact density,momentum distributions and self-energies of single-particle Green’s functions are obtained in the spirit of ladder diagram *** radio-frequency(RF)spectrum,as an important experimental approach for detecting Feshbach molecules or the interaction effect,is calculated at different temperatures.A reversed temperature dependence on the Bose–Einstein condensation side and Bardeen–Cooper–Schrieffer side is identified for both p-and d-wave *** estimate for the signal of RF spectra under typical experimental conditions is also provided.

关键词： quantum gases ultracold atom high partial wave RF spectra

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Measurement of 2p-3d absorption in a hot molybdenum plasma

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Matter and Radiation at Extremes 2024年第4期9卷 68-79页

作者： Gang Xiong Bo Qing Zhiyu Zhang Longfei Jing yang Zhao Minxi Wei Yimeng yang Lifei Hou Chengwu Huang Tuo Zhu Tianming Song Min Lv Yan Zhao Yuxue Zhang Guohong yang zeqing Wu Jun Yan Yaming Zou Jiyan Zhang Jiamin yang Shanghai EBIT Laboratory and Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-Beam Application(MOE)Institute of ModernPhysicsFudan UniversityShanghai 200433China Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering PhysicsMianyang 621900China Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijing 100088China

We present measurements of the 2p-3d transition opacity of a hot molybdenum-scandium sample with nearly half-vacant molybdenum M-shell configurations.A plastic-tamped molybdenum-scandium foil sample is radiatively heated to high temperature in a compact D-shaped gold Hohlraum driven by∼30 kJ laser energy at the SG-100 kJ laser facility.X rays transmitted through the molybdenum and scandium plasmas are diffracted by crystals and finally recorded by image *** electron temperatures in the sample in particular spatial and temporal zones are determined by the K-shell absorption of the scandium plasma.A combination of the IRAD3D view factor code and the MULTI hydrodynamic code is used to simulate the spatial distribution and temporal behavior of the sample temperature and *** inferred temperature in the molybdenum plasma reaches a average of 138±11 eV.A detailed configuration-accounting calculation of the n=2–3 transition absorption of the molybdenum plasma is compared with experimental measurements and quite good agreement is *** present measurements provide an opportunity to test opacity models for complicated M-shell configurations.

关键词： molybdenum absorption configuration

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