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光学学报 2013年第11期33卷 76-82页

作者：许幸芬曹益平兰州理工大学技术工程学院甘肃兰州730050 四川大学光电科学技术系四川成都610064

基于Stoilov算法的相位测量轮廓术(PMP)三维测量过程中,由于其表达式中四种奇异现象的存在,致使用Stoilov算法时出现解相错误,所以不能很好地重构三维物体。采用统计逼近的方法补偿Stoilov算法表达式中出现的异常点,弥补了Stoilov算法... 详细信息

基于Stoilov算法的相位测量轮廓术(PMP)三维测量过程中,由于其表达式中四种奇异现象的存在,致使用Stoilov算法时出现解相错误,所以不能很好地重构三维物体。采用统计逼近的方法补偿Stoilov算法表达式中出现的异常点,弥补了Stoilov算法的缺陷。同时Stoilov算法对光栅周期及条纹对比度比较敏感,当光强变化较大时,相移图像对应的像素点发生突跳,影响测量精度。因此,提出一种基于统计逼近的Stoilov优化算法的光栅参数优化方法以提高测量精度。实验模拟不同的物体,发现存在重构三维物体时均方差最小的光栅周期和光栅条纹对比度,验证了光栅参数优化设计的可行性。

关键词：信息光学三维测量 Stoilov算法光栅参数优化光栅周期条纹对比度

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基于光栅参数优化的在线三维测量技术研究

基于光栅参数优化的在线三维测量技术研究

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作者：崔奥宇兰州交通大学

学位级别：硕士

计算机技术和图像处理技术等高新技术的发展加快了现代检测技术的前进步伐,光学三维测量技术作为现代检测技术的主流技术,被广泛应用到工业流水线生产过程中。其中最常用的两种光学在线测量方法分别是傅里叶变换轮廓术(Fourier Transfor... 详细信息

计算机技术和图像处理技术等高新技术的发展加快了现代检测技术的前进步伐,光学三维测量技术作为现代检测技术的主流技术,被广泛应用到工业流水线生产过程中。其中最常用的两种光学在线测量方法分别是傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profil ome-try,FTP)和相位测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry,PMP)。在线 FTP 是利用一帧参考条纹和一帧变形条纹来重建物体三维形貌。通过对变形条纹图进行傅里叶变换得到频域信息,再对其进行滤波和傅里叶逆变换得到物体处于不同位置时的相位分布信息。在线PMP测量方法由计算机编译一帧正弦参考光栅,采集系统采集N(N≥3)帧具有一定相移量的变形条纹图,采取合适的相位计算方法获得相位信息,对相位展开后,利用相位与高度之间的映射关系重构在线运动物体的三维形貌。为了提高在线三维测量精度的同时也提高企业生产效率,本文从测量算法入手,将光栅参数优化应用在测量过程中,首先利用FTP方法提取物体的连续相位分布,以物体处于不同位置时的相位信息作为研究前提,提出了基于SIFT相位特征提取的像素匹配方法。以下对本文所研究的内容进行详细概述:1.将光栅参数优化应用到在线三维测量过程中。计算机仿真模拟椭球形物体,改变不同的光栅周期,对其进行重构,并计算测量误差。发现不同的光栅周期重构误差不同,周期为10像素时,测量误差最小。为了验证这一结论,模拟Peaks函数形物体,并在周期不同的情况下对其进行重构,并计算测量误差,所得结论与上述结论一致,即周期为10像素时,重构误差最小。在同一周期下,改变条纹对比度,分别对椭球形物体和Peaks函数形物体进行重构,发现随着条纹对比度的增加,测量误差呈减小趋势,并且当条纹对比度在0.96时,测量误差最小。2.在光栅参数优化的基础上,提出基于SIFT特征相位提取的像素匹配方法。物体在生产线上运动的过程中,采集变形条纹图,但每一帧的物体像素点并不对应。本文利用FTP方法预测物体相位信息,辅助完成在线像素匹配过程。采用FTP方法对变形条纹图的光强灰度值分布进行运算,得到物体处于不同位置时的相位信息。运用SIFT算法提取每帧相位分布图的特征点,对相邻两帧分布图的特征点进行匹配后,通过坐标变换,计算待测物体在水平线上所移动的距离,在完成像素匹配的同时也得到一组等效变形条纹图,最后利用改进的Stoilov算法重新构建待测物体的三维面型,计算误差分布为0.021 mm。与标准PMP的重构误差进行对比,验证了所提方法的有效性。

关键词：在线三维测量相位测量轮廓术傅里叶变换轮廓术光栅参数优化 SIFT特征匹配

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