光柵投影三維測量技術(shù)精度及可靠性研究.pdf

1、光柵投影三維測量技術(shù)，具有高精度、易于實(shí)現(xiàn)、非接觸測量且能獲得被測物體全場三維信息等優(yōu)點(diǎn)。近年來，數(shù)字光柵投影測量技術(shù)，作為一種研究最為活躍的光學(xué)三維形貌測量技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于逆向工程、快速成型、虛擬現(xiàn)實(shí)、產(chǎn)品質(zhì)量控制與檢測、生物醫(yī)學(xué)、打擊犯罪、文物保護(hù)等領(lǐng)域。隨著三維測量技術(shù)不斷進(jìn)步，如何實(shí)現(xiàn)精度高、速度快以及針對具有復(fù)雜型面物體的三維形貌測量尤為重要。本文主要研究提高光柵投影測量技術(shù)的測量精度以及測量可靠性問題，并將相應(yīng)成果應(yīng)用到光

2、柵投影測量系統(tǒng)，具體包括:
　　 (1)介紹了當(dāng)今光柵投影測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了影響光柵投影測量技術(shù)測量精度以及測量可靠性的若干關(guān)鍵因素。其中，如何減弱以至消除系統(tǒng)輸入輸出非線性響應(yīng)帶來的主值相位誤差，是提高測量精度首要解決的問題。另外，當(dāng)被測物體含有復(fù)雜型面，例如:包含孔洞、急劇高度跳變、高噪聲等，或者同時(shí)具有多個(gè)待測目標(biāo)物體。如何進(jìn)行高效的主值相位展開以獲得連續(xù)絕對相位，對于提高測量可靠性而言非常關(guān)鍵。
　　 (

3、2)提出了雙步相移光柵投影測量技術(shù)。傳統(tǒng)的雙三步相移算法證明可以較大程度的減少數(shù)字光柵投影測量輪廓術(shù)的測量誤差，基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摲治雠c實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，針對常用的四步、五步相移算法，提出了相應(yīng)的雙四步、雙五步相移算法。相較于雙三步相移算法，雙四步和雙五步相移算法實(shí)現(xiàn)簡單且能極大的減少測量誤差，僅需通過投影兩倍數(shù)目傳統(tǒng)相移算法所需的投影光柵，并且可保持常用三步，四步及五步相移算法固有的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的測量精度得到較大提高。
　　 (3)提出了基

4、于投影光柵預(yù)編碼的非線性校正方法。總結(jié)現(xiàn)有的非線性校正方法，基于投影光柵預(yù)編碼的非線性校正方法，通過對投影光柵引入一個(gè)合適的預(yù)編碼值，將經(jīng)過預(yù)編碼調(diào)制后的投影光柵用于實(shí)際測量，可以極大的削弱由非線性響應(yīng)帶來的測量誤差。提出一種新的求解合適預(yù)編碼值的方法，相對于傳統(tǒng)求解預(yù)編碼值方法，本文所提方法簡單易于實(shí)現(xiàn)，并且能獲得較高精度的預(yù)編碼值，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所提方法可以較大程度的提高系統(tǒng)測量精度。
　　 (4)提出了一種枝切法主值相位展開

5、方法。在受噪聲影響比較明顯的主值相位圖中會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)，傳統(tǒng)的相位展開方法往往會(huì)帶來相位誤差，枝切法是一種典型的在高噪聲環(huán)境下獲得正確絕對相位的方法。枝切法的關(guān)鍵問題是如何搜索最短枝切用于指導(dǎo)相位展開，提出一種高效的求解最短枝切的智能優(yōu)化算法，在較短運(yùn)算時(shí)間內(nèi)即可搜索到最短枝切值，可以正確的指導(dǎo)枝切法相位展開。
　　 (5)提出了一種基于灰階編碼的自校正主值相位展開方法。灰階碼法常用于當(dāng)被測物體含有不連續(xù)部分、不均勻表面反射率、

6、多個(gè)孤立物體等復(fù)雜型面時(shí)主值相位展開，能夠避免局部相位展開誤差向全局范圍內(nèi)傳遞。但是拍攝獲取的灰階編碼光柵黑白區(qū)域的邊界處不具有設(shè)計(jì)的急劇變化，由此帶來展開相位誤差。提出一種采用主值相位跳變來校正條紋階次的灰階編碼相位展開方法，簡單有效的避免了在黑白邊界處產(chǎn)生的展開相位誤差，提高了光柵投影測量系統(tǒng)可靠性。
　　 (6)提出了一種基于相位編碼的主值相位展開方法。基于相位編碼的相位展開方法作為一種較新提出的相位展開方法，相較于基于灰