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基于自适应条纹投影的高反光物体三维面形测量

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应用光学 2018年第3期39卷 373-378页

作者：王柳陈超高楠张宗华河北工业大学机械工程学院天津300130

结构光投影方法在三维形貌测量中应用广泛,但是由于被测物体表面反射率变化范围较大,过度曝光会导致相位信息无法获取。而传统的高动态范围扫描技术步骤复杂,耗时较长。文中提出一种自适应条纹投影技术,向待测物体表面投射较高灰度级的... 详细信息

结构光投影方法在三维形貌测量中应用广泛,但是由于被测物体表面反射率变化范围较大,过度曝光会导致相位信息无法获取。而传统的高动态范围扫描技术步骤复杂,耗时较长。文中提出一种自适应条纹投影技术,向待测物体表面投射较高灰度级的条纹图,判断并标记过度曝光点。降低投射强度后通过非线性最小二乘法拟合来确定每个饱和像素点最适合的最大输入灰度,用重新生成的自适应条纹图来采集图像并进行相位计算和三维形貌恢复。通过实验验证,该方法可以对物体表面的高反光区域进行有效测量,避免过度饱和,仿真误差在0.02mm范围内,实测误差约为0.14mm,实际实验对过曝点的补偿率可达到99%。

关键词：高反光物体过度曝光自适应条纹投影三维测量

基于双目面结构光的高反光物体自适应条纹方法

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光学技术 2020年第4期46卷 433-437页

作者：赵世红薛海峰方振卫李春梅柳星星彭文君中车南京浦镇车辆有限公司江苏南京210031 江苏集萃华科智能装备科技有限公司江苏无锡214174

在高反光物体的表面形貌视觉测量过程中,物体的镜面反射特性会导致获取的图像部分区域过曝而产生错误的计算结果。为解决这一问题,首先对自适应条纹算法进行改进优化,以减少使用面结构光测量过程中的投影次数,提高运算速度;然后对最大... 详细信息

在高反光物体的表面形貌视觉测量过程中,物体的镜面反射特性会导致获取的图像部分区域过曝而产生错误的计算结果。为解决这一问题,首先对自适应条纹算法进行改进优化,以减少使用面结构光测量过程中的投影次数,提高运算速度;然后对最大投影亮度进行调整,并在此基础之上实现了一种测量高反光物体形貌的双目面结构光算法。实验结果表明,该算法可以有效减轻所述对象表面的过曝程度,减少高反光物体表面测量的噪点和无效点,提高测量数据的质量。

关键词：面结构光高反光物体自适应条纹相位误差

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高反光物体的局部点云孔洞补全方法

北京信息科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期39卷 67-73页

作者：宗佳轩左云波陈赛吴国新北京信息科技大学机电工程学院北京100192 北京信息科技大学机电系统测控北京市重点实验室北京100192

针对高反光物体点云数据存在噪声明显、孔洞过大,使用传统贪婪投影三角化算法无法达到点云补全目的的问题,提出一种改进的贪婪三角化点云补全算法。利用统计滤波和高斯滤波进行离群点去除和平滑处理;采用移动最小二乘法对局部点云进行... 详细信息

针对高反光物体点云数据存在噪声明显、孔洞过大,使用传统贪婪投影三角化算法无法达到点云补全目的的问题,提出一种改进的贪婪三角化点云补全算法。利用统计滤波和高斯滤波进行离群点去除和平滑处理;采用移动最小二乘法对局部点云进行上采样增强数据,并且对点云进行进一步平滑。将贪婪三角化算法中的kd树(k-dimensional tree)算法替换为效率更高的八叉树(octree)搜索算法,将主成分分析法替换为准确率更高的移动最小二乘法进行法线估计;最后,进行点云三角化,完成点云补全。实验结果表明,改进算法能够更好地补全孔洞,补全后表面更加平滑、结构更为准确,且花费时间更短。

关键词：点云补全高反光物体贪婪投影三角化

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基于面结构光的高反光物体测量技术研究

基于面结构光的高反光物体测量技术研究

作者：彭文君华中科技大学

学位级别：硕士

结构光测量技术相比传统接触式测量方法具有高效、简便以及能非接触式地获取被测物体三维信息的优点,但其测量效果在很大程度上依赖于被测物体表面的光学反射特性。对于面结构光测量系统,若被测物体具有表面高反光或镜面反射特性,其可... 详细信息

结构光测量技术相比传统接触式测量方法具有高效、简便以及能非接触式地获取被测物体三维信息的优点,但其测量效果在很大程度上依赖于被测物体表面的光学反射特性。对于面结构光测量系统,若被测物体具有表面高反光或镜面反射特性,其可能会造成相机所拍摄图像的部分区域存在过曝现象,从而带来相位误差,造成测量的精度损失。因此,为解决测量高反光物体过程中所造成的问题,本文主要进行如下工作:1、本文较为详尽地介绍了面结构光的测量过程以及相关技术,并对其中一些技术的优缺点以及应用场合进行对比,同时利用编程对测量过程中所用的技术加以实现。2、改进自适应条纹投影算法,减少自适应条纹生成过程中所需投影图案数量与计算量,提高自适应条纹最大投影亮度的准确性,并在此基础上提出基于双目面结构光测量高反光物体的方案。实验验证,该方案能够有效降低高反光物体表面的过曝程度。3、对控制面结构光测量过程的软件需求进行分析,开发出一套较为完善的面结构光测量系统软件,以便于进行测量实验与数据分析。4、设计并进行高反光电机转轴与高反光标准块的测量实验,实验结果表明应用本文所改进的自适应条纹投影算法能够有效地改善高反光表面的测量效果,且对于实验过程中所提出的五层次混合步长与自适应条纹投影相结合的测量方法,其在测量高反光物体表面过程中既能获得良好质量的点云数据,同时在一定程度上改善投影图案数量。本文所提出的基于面结构光的高反光物体测量方案不仅适用于金属电机转轴的测量,同时也可用于测量其他类型的高反光物体,这对于促进面结构光在工程领域的进一步应用具有实际意义。

关键词：面结构光高反光物体镜面反射相位误差自适应条纹投影

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基于条纹投影的高反光物体三维形貌测量系统

基于条纹投影的高反光物体三维形貌测量系统

作者：何信欣天津理工大学

学位级别：硕士

条纹投影测量技术具有非接触、测量速度快、精度高、测量范围大、鲁棒性强等优势,在工业制造业、机械臂作业、医疗健康、文物数字化保护等领域得到广泛应用。然而,当测量反射率较大的表面时,会出现高反光现象,造成条纹信息被淹没,从而... 详细信息

条纹投影测量技术具有非接触、测量速度快、精度高、测量范围大、鲁棒性强等优势,在工业制造业、机械臂作业、医疗健康、文物数字化保护等领域得到广泛应用。然而,当测量反射率较大的表面时,会出现高反光现象,造成条纹信息被淹没,从而导致相位信息无法正常提取,使得三维重建产生较大误差。因此,面对高反光物体的三维形貌测量是条纹投影测量技术应用的一个难题,具有重要的研究意义和理论价值。本文旨在搭建一套高精度的高反光物体三维形貌测量系统,重点对投影仪标定方法和高反光物体测量方法展开研究。主要工作内容如下:(1)通过分析坐标映射误差的来源,提出了一种基于灰度映射的投影仪标定方法,实现投影仪的高精度标定。所提方法实现了CCD到DMD的带有灰度分布的亚像素坐标映射。映射后的DMD亚像素和对应的灰度数值被看作是一组三维数据。利用PCA算法对其做平面拟合。高于拟合平面之上的数据点被分割出来,并投影到拟合平面上,形成2D数据。接着利用凸包法构造获取2D数据的凸包,完成椭圆特征边界提取。最后通过最小二乘拟合算法即可提取出椭圆中心像素坐标,为投影仪标定提供高精度的特征点。此外,引入了物方空间误差用于评价投影仪标定精度。通过对比实验验证了所提方法的性能;(2)根据条纹投影三维测量系统的成像特性,提出一种分块平滑自适应条纹投影方法,实现高反光物体表面的完整可靠测量。该方法只需投影少量图像,加入分块策略即可计算出初始投影强度,然后从相位扩张剔除和融合补偿两方面提高饱和区域坐标映射的精度,最后利用多项式拟合关系式对初始投影强度进行平滑优化,同步完成对孔洞点做有效填补,从而编码出能够完全抑制住反光区域的自适应条纹图案;(3)搭建了一套基于条纹投影的高反光物体三维形貌测量系统。通过对表面具有不同反射率和曲率的高反光物体进行三维测量,以验证搭建系统的实用性。通过与现有方法的实验结果作比较,验证了本文方法的有效性。从实验结果可知,所提的基于灰度映射的投影仪标定方法对比其它方法,平均重投影误差分别降低了76.4%、45.3%和28.1%,整套系统测量精度为0.059mm。所提的分块平滑自适应条纹投影方法只需投影少量图案就能实现对高反光物体的三维形貌测量,其测量误差分别降低了40%和28.6%,能够证明本文方法对饱和区域具有更好的重建效果。

关键词：条纹投影三维测量高反光物体自适应条纹投影投影仪标定相移法

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一种高反光物体的三维测量方法

光学与光电技术 2023年第2期21卷 11-19页

作者：李明航曹益平吴海涛李智超王林溪李红梅四川大学电子信息学院四川成都610064

条纹投影轮廓术在测量高反光物体时表面会出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据缺失。提出一种高反光物体直线运动的三维测量方法。仅向高反光物体投影一帧固定光栅,随着物体在投影区域直线运动,采集两帧高反光区域不重合位置的... 详细信息

条纹投影轮廓术在测量高反光物体时表面会出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据缺失。提出一种高反光物体直线运动的三维测量方法。仅向高反光物体投影一帧固定光栅,随着物体在投影区域直线运动,采集两帧高反光区域不重合位置的变形条纹图像。随后,通过所提的具有单帧特性的计算莫尔轮廓术分别从这两帧变形条纹图像中进行物体在这两个位置的初步三维重建。最后,通过像素匹配、点云配准与融合获得物体完整三维重建。该方法在不增加额外设备的条件下,只用一帧光栅,实现了比传统单目自适应条纹投影算法更高的精度,提高了测量的实用性。实验结果证明该方法的可行性和有效性。

关键词：光学三维测量计算莫尔轮廓术条纹投影轮廓术高反光物体点云配准与融合像素匹配

基于条纹投影的物体阴影与高反光问题三维测量方法研究

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基于条纹投影的物体阴影与高反光问题三维测量方法研究

作者：桂程南昌航空大学

学位级别：硕士

随着社会科技的不断进步,结构光三维测量技术已经成为当今社会快速信息化的重要组成部分,它可以在不损坏物体的情况下快速、高效地获取目标物体的三维信息,因此被广泛应用于人脸识别、缺陷检测等领域。结构光三维测量可以用来测量各种... 详细信息

随着社会科技的不断进步,结构光三维测量技术已经成为当今社会快速信息化的重要组成部分,它可以在不损坏物体的情况下快速、高效地获取目标物体的三维信息,因此被广泛应用于人脸识别、缺陷检测等领域。结构光三维测量可以用来测量各种复杂形状的物体,其核心原理是在物体表面投射一组精确的方向分布的光束,然后相机采集投射到物体表面的反射光束图片,分析这些反射光束之间的位移和相位变化,最终得到物体的三维几何信息。但是在测量中仍然存在着一些难以解决的问题,例如在使用结构光三维测量系统测量具有高深宽比结构的微小物体时,被测物表面会出现阴影问题,导致最终的被测物三维信息不完整。此外,在测量一些表面反射率较大的物体时,相机采集的图片会出现局部像素饱和的情况,对测量精度影响较大。为了测量这些具有复杂表面的被测物三维形貌,本文分别提出了一种解决具有高深宽比结构的微小物体阴影问题的测量方法和一种新的高反光物体测量方法。主要研究内容概括如下:1.介绍了课题研究的背景与意义以及相关技术的分类,详细阐述了结构光投影三维测量技术的相关原理。对物体三维重建所需要的连续相位求解进行了原理推导与论述,主要包括包裹相位的获取与包裹相位的展开,并对不同相位展开算法的原理与优缺点做了详细的讲解。分析了不同条纹投影模型的优缺点及测量模型的标定方式,并对其中存在的一些问题进行了实验分析与总结。2.针对具有高深宽比结构的微小物体在测量时会出现阴影的问题,提出了一种新的测量方法。通过两台投影仪同时从近似对称的方向分别投射红、蓝两种颜色的条纹,彩色相机采集变形条纹图并上传到工作站内。将采集的图片进行红、蓝通道分离、筛选和融合,最终得到完整的被测物三维形貌。通过三维重建的实验结果可知,相较于传统的单投影模式,该方法能够较高程度还原被测物的三维形貌,且不需要复杂的光栅分离步骤,无需相机采集大量图片。最后对该测量方法进行了精度评估,在可视范围内的测量平均绝对误差为58)左右。3.针对条纹投影技术中的被测物高反光问题,提出了一种新的高反物体测量方法。将背景归一化的傅里叶变换轮廓术与自适应条纹投影技术相结合,解决了高反射率物体的测量问题。为了进一步减少投影图片数量,将单通道正弦条纹复合成彩色编码条纹,减少投影条纹数量。实验表明,该方法不但能有效解决高反问题,而且大大减少了投影条纹的数量和相机采集图片的张数,提高了测量效率。

关键词：结构光三维测量条纹投影相位获取微小物体阴影高反光物体

基于自适应多分辨率可变形卷积网络的表面缺陷检测研究及实现

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基于自适应多分辨率可变形卷积网络的表面缺陷检测研究及实现

作者：赵欢华南理工大学

学位级别：硕士

高反光物体是指物体表面具有镜面或者类镜面反射的物体,由于外表光滑,观赏性强,生活中此类物件比比皆是。这类物体表面反光会造成强噪声干扰,缺陷不易捕捉,因此这类物体表面缺陷的检测成为当今工业计算机视觉领域的一大难题。目前采用... 详细信息

高反光物体是指物体表面具有镜面或者类镜面反射的物体,由于外表光滑,观赏性强,生活中此类物件比比皆是。这类物体表面反光会造成强噪声干扰,缺陷不易捕捉,因此这类物体表面缺陷的检测成为当今工业计算机视觉领域的一大难题。目前采用的主要方法有X射线测量法、干涉图样测量法和模糊阈值的图像分割等方法,此类算法运行速度慢,检测精度低且不具有普适性,不能满足工业需求。论文研究了针对高反光物体表面的缺陷检测,提出了硬件结构与软件算法相结合的解决方案,论文的主要工作如下:1)针对表面缺陷,论文提出一种能将各种复杂表面变为统一表现形式的硬件结构,这种结构利用线性光源在物体表面的反射光,将各种复杂表面展开成简单且统一的表现形式,避免了高光噪声的干扰,减少了训练需求的样本数,放大了缺陷特征。在搭建的实验平台上进行检测验证,检测结果表明,此方法提高了工件缺陷检测的准确性。2)针对数据集特征和可变形卷积核(DCN)的性质,提出了Dcn-Res Net网络结构,将Res Net中部分卷积核有选择性的替换成DCN,组成了网络的基础框架(backbone),实验证明该方法能够有效提高缺陷训练网络的准确性。3)在DCN的基础上,提出一种自适应多分辨率可变形卷积网络结构,该网络能够利用池化后的输入求出DCN的偏移值(offset)和遮罩值(mask),在卷积过程中实时提取原输入图像中的显著性部分,形成多分辨率输入图。网络因此具备了有的放矢地对显著区域实施高分辨率检测的能力,有效提高了缺陷检测精度。4)在单层网络的基础上,提出了网络的多层连接方式,利用特殊的上采样结构对这些输出特征进行融合。实验证明,在显著区域是原图的1/4时,这种结构能够在不影响整体缺陷检测的情况下,减小少量检测精度,提高速度近3倍,有效提高了缺陷检测的速度。

关键词：自适应多分辨率可变形卷积缺陷检测高反光物体