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基于改进的自动多曝光和数字光栅投影技术的强反射表面形貌测量

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光子学报 2023年第12期52卷 138-150页

作者：雷经发孙寅张淼李永玲赵汝海孙虹安徽建筑大学机械与电气工程学院合肥230601 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室合肥230601 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室自贡643000

采用数字光栅投影技术对强反射表面物体进行形貌测量时,由于采集的图像出现局部过明或过暗的现象,造成测量精度下降。基于此,提出一种改进的自动多次曝光图像融合技术,首先通过系统灰度响应曲线确定合适的测量灰度值范围,并根据基准点... 详细信息

采用数字光栅投影技术对强反射表面物体进行形貌测量时,由于采集的图像出现局部过明或过暗的现象,造成测量精度下降。基于此,提出一种改进的自动多次曝光图像融合技术,首先通过系统灰度响应曲线确定合适的测量灰度值范围,并根据基准点拟合出相机响应函数,计算出所需的曝光时长和次数;其次,将相机采集的不同曝光时长下光栅条纹图像与投射纯白图像下制作的掩膜图像相乘并进行线性变换叠加,采用对数变化提升叠加后光栅条纹图的暗部区域细节;最后通过解相计算出被测物的三维点云数据。实验结果表明,该方法可以准确计算出曝光时长和次数,融合后的图像条纹清晰完整,对于具有强反射表面的标准块、水泵压板护套和回程盘,点云重建率分别达到99.80%、99.20%、99.40%,提高了强反射表面的形貌测量精度。

关键词：数字光栅投影相机响应曲线图像融合形貌测量强反射表面

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回转体形貌测量中的相机自标定

光学精密工程 2011年第8期19卷 1957-1963页

作者：李雅倩林洪彬燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

为实现回转体形貌测量系统的相机自标定,研究了回转体对象的透视投影特性,提出了一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先,利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性,从测得图像提取场景中的截面椭圆... 详细信息

为实现回转体形貌测量系统的相机自标定,研究了回转体对象的透视投影特性,提出了一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先,利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性,从测得图像提取场景中的截面椭圆,利用正交于回转轴的截面椭圆求取圆环点的像,并结合极线约束建立绝对二次曲线像的全约束方程;然后,通过对求取的绝对二次曲线矩阵进行Cholesky分解获得相机的内参数。其次,在求得的内参数矩阵的基础上,通过回转轴和截面图像的成像特点建立测量系统外参数方程,求解测量系统外部参数。实验结果表明,利用本文方法进行相机内参数标定的精度优于0.95%,外参数标定精度优于5.6%。该方法只需利用被测对象自身几何约束,不需任何标定板和标定块,标定过程简单有效,能够满足工程实际需要。

关键词：形貌测量回转体标定圆环点极线约束

白光显微干涉三维形貌测量中的移相误差校正方法

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红外与激光工程 2022年第7期51卷 331-338页

作者：张超袁群张佳乐冀翼高志山闫钧华南京航空航天大学航天学院江苏南京210006 北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室北京100094 南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

白光显微干涉术通过驱动干涉显微物镜垂直扫描移相,采集低相干干涉图序列,定位干涉包络中的零光程差位置,获取待测表面的三维形貌。微观形貌的计算由获取粗略形貌的垂直扫描(VSI)算法和获取精细形貌的移相(PSI)算法两部分组成。通常情况... 详细信息

白光显微干涉术通过驱动干涉显微物镜垂直扫描移相,采集低相干干涉图序列,定位干涉包络中的零光程差位置,获取待测表面的三维形貌。微观形貌的计算由获取粗略形貌的垂直扫描(VSI)算法和获取精细形貌的移相(PSI)算法两部分组成。通常情况下,设置垂直扫描移相的步长为八分之一中心波长,但移相器误差和干涉显微物镜数值孔径效应等都会使得移相量偏离π/2。文中采用基于对比度变化重心提取的VSI算法,4M幅法和7幅法两种PSI算法,分别讨论了两种类型移相误差对形貌计算的影响。理论和数值分析结果表明,在宽带光作用下,7幅法仍对移相误差不敏感,4M幅法产生的精细相位误差形式恰好与干涉物镜数值孔径效应对条纹展宽的影响相一致,在从精细相位转换为精细形貌时相互抵消。因而,采用基于对比度变化重心提取的VSI算法和4M幅PSI算法计算形貌数据,干涉物镜数值孔径效应造成的移相误差无影响,移相器误差造成的形貌复原误差可以通过预先测量已知高度的标准台阶进行标定去除。应用上述移相误差校正方法测量了高度为460 nm的台阶,形貌测试结果正确且鲁棒。

关键词：移相误差台阶形貌测量白光显微干涉

同方期刊数据库

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电子散斑干涉载频调制形貌测量技术

光电子．激光 2008年第4期19卷 525-527页

作者：孙平黄珍献刘菲山东师范大学物理与电子科学学院山东济南250014

提出了电子散斑干涉(ESPI)载频调制测量物体形貌的方法。在ESPI中,物体表面的微小偏转可引入包含物体高度信息的载波干涉条纹,具有灵敏度高的优点。用摄像机采集该载波条纹图,利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息,从而实现物体... 详细信息

提出了电子散斑干涉(ESPI)载频调制测量物体形貌的方法。在ESPI中,物体表面的微小偏转可引入包含物体高度信息的载波干涉条纹,具有灵敏度高的优点。用摄像机采集该载波条纹图,利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息,从而实现物体的形貌测量。

关键词：电子散斑干涉(ESPI) 形貌测量载波傅里叶变换

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基于单目结构光的形貌测量误差补偿方法研究

仪器仪表学报 2020年第5期41卷 19-31页

作者：李茂月马康盛许勇浩王飞哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

基于单目结构光的重构测量技术,因具有精度高、成本低等优点,在现代测量领域尤其是具有一定曲面特征的中小型低反光零部件测量方面得到广泛应用,而测量误差是测量精度的重要影响因素。首先,根据所搭建的单目结构光重构测量系统,对影响... 详细信息

基于单目结构光的重构测量技术,因具有精度高、成本低等优点,在现代测量领域尤其是具有一定曲面特征的中小型低反光零部件测量方面得到广泛应用,而测量误差是测量精度的重要影响因素。首先,根据所搭建的单目结构光重构测量系统,对影响测量精度的主要误差来源进行分析,通过对硬件设备参数的合理设置与调节,来保证所采集结构光图片的质量。然后,为提高投影出结构光的正弦性,提出一种可降低普通投影仪gamma非线性响应的简易方法。最后,提出一种基于圆形标定板的张正友优化标定算法来提高系统的标定精度。实验结果表明,重构测量出的中小型曲面件表面点云数据的精度在0.3~0.6 mm之间,对被测物体表面的单次投影重构测量时间在2 min内,验证补偿方法有效可行。

关键词：误差补偿结构光形貌测量非线性响应优化标定算法

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大尺寸曲面形貌测量系统的点云拼接技术

中国激光 2019年第5期46卷 349-355页

作者：马国庆刘丽于正林曹国华王强长春理工大学机电工程学院吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

在利用机器人进行大尺寸曲面形貌测量的过程中,提出一种基于室内全球定位系统(iGPS)的点云拼接方法,以iGPS世界坐标系为点云拼接的坐标系,建立了点云拼接数学模型。利用粒子群优化(PSO)算法对迭代最近点(ICP)算法进行改进。基于球心距... 详细信息

在利用机器人进行大尺寸曲面形貌测量的过程中,提出一种基于室内全球定位系统(iGPS)的点云拼接方法,以iGPS世界坐标系为点云拼接的坐标系,建立了点云拼接数学模型。利用粒子群优化(PSO)算法对迭代最近点(ICP)算法进行改进。基于球心距测量的点云拼接实验验证了所搭建测量系统的精度小于0.1 mm。在汽车前保险杠点云拼接实验中,最大负偏差为-0.05189 mm,最大正偏差为0.0727 mm,均小于0.1 mm,偏差分布较为均匀,验证了所提算法在大尺寸点云拼接方面具有较好的效果。

关键词：测量大尺寸曲面形貌测量点云拼接粒子群优化(PSO) 迭代最近点(ICP)

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广义B样条滤波器在表面形貌测量中的应用

光学精密工程 2008年第9期16卷 1722-1726页

作者：张浩袁怡宝张峰许景波哈尔滨工业大学电气与自动化学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨理工大学测量与通信工程学院黑龙江哈尔滨150040

为了提取工件表面轮廓中线,给出了一种基于三阶广义B样条函数的数字光滑滤波器。由线性微分方程推导出广义B样条函数,并结合广义B样条函数和变分公式推导出由一IIR滤波器和间接广义B样条变换组成的数字平滑滤波器。给出了数字平滑滤波... 详细信息

为了提取工件表面轮廓中线,给出了一种基于三阶广义B样条函数的数字光滑滤波器。由线性微分方程推导出广义B样条函数,并结合广义B样条函数和变分公式推导出由一IIR滤波器和间接广义B样条变换组成的数字平滑滤波器。给出了数字平滑滤波器的具体递归算法,并且证明了该滤波器的通用特性。最后,提取了实际工件表面中线。实验结果表明:该滤波器的截止特性比高斯滤波器的好,该算法利用普通计算机提取11 200点数据表面中线仅耗时0.002 s。提出的滤波器具有可调平滑性,零相移特性,克服了传统三阶样条插值的曲率低和振荡等缺陷,其递归滤波器的具体算法简洁,效率高。

关键词：广义B样条函数光滑样条滤波器形貌测量