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基于时间相位展开的三维轮廓测量研究

作　者: 岳慧敏
导　师: 苏显渝
学　校: 四川大学
专　业: 光学
关键词: 时间相位展开相位展开光学三维传感双频光栅相位测量轮廓术复合光栅
分类号: O438.2
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

光学非接触三维传感是一个重要的研究课题。采用结构照明的三维传感方法,包括相位测量轮廓术(Phase Measurement Profilometry,简称PMP)、傅立叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry,简称FTP)、调制度测量轮廓术(Modulation Measurement Profilometry,简称MMP)等,近年来得到了极大的关注及深入的研究。其中,PMP、FTP等基于条纹相位分析的轮廓术通过相位解调算法(相移或傅里叶变换方法)得到的相位位于(-π,π),因此为得到连续的相位分布,并进一步得到物体的高度分布,就必须进行相(?)展开。在实测得到的截断相位图中,存在有噪声、阴影以及间断点,这些无(?)点都会使基于空间坐标展开的空间相位展开方法失败或使误差传播。相位展开的困难已成为妨碍条纹投影轮廓测量走向自动化和实用化的最大障碍。时间相位展开的基本思想是使光栅条纹的频率随着时间而变化。相比于传统的空间相位展开方法,时间相位展开方法并不在二维相位图中寻找展开(?)径,而是沿着时间轴分别对每一个像素进行相位展开,从而实现了各像素(?)相互独立的相位展开。这种方法的突出优点是可以准确测量表面不连续物(?)的轮廓,并且使得不连续物体像连续物体一样容易展开。时间相位展开是(?)位测量领域内的一种很重要的相位展开方法,被广泛应用于干涉型和结构(?)明型计量领域中,包括散斑干涉与剪切干涉计量、波长扫描干涉术、光弹(?)量、相位测量轮廓术、傅立叶变换轮廓术等领域。本论文对基于时间相位(?)开方法的三维轮廓测量进行了广泛深入的研究,主要研究成果如下: 1.基于直观的物理模型,讨论了时间相位展开方法的基本原理和算

全文目录

第一章绪论  11-26
  1.1 光学三维轮廓测量的基本概念及方法  11-13
    1.1.1 被动三维传感  12
    1.1.2 主动三维传感  12-13
  1.2 光学主动三维传感常用方法简介  13-22
    1.2.1 飞行时间法  13-14
    1.2.2 激光三角测量法  14-16
    1.2.3 基于相位测量的轮廓术  16-21
    1.2.4 基于调制度的三维轮廓术  21-22
  1.3 光学三维传感的研究热点和发展方向  22-24
    1.3.1 相位展开  22-23
    1.3.2 投影方式  23-24
    1.3.3 实时三维测量及动态过程  24
  1.4 本论文的主要研究内容  24-26
第二章时间相位展开方法研究进展  26-40
  2.1 空间相位展开方法简介  26-28
  2.2 时间相位展开方法的基本原理和典型算法  28-32
  2.3 时间相位展开方法的研究进展  32-39
  2.4 时间相位展开方法的应用前景  39
  2.5 本章小结  39-40
第三章两种双频光栅剖面术的理论分析与性能比较  40-49
  3.1 Li和Yasuyuki的双频光栅  40-42
    3.1.1 Li的双频光栅  41
    3.1.2 Yasuyuki的双频光栅  41-42
  3.2 Li和Yasuyuki的两种双频光栅的比较  42-48
    3.2.1 原理  42-45
    3.2.2 频域分析  45-46
    3.2.3 三维重建的计算效率  46-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章双频光栅剖面术频率优化的分析与研究  49-56
  4.1 理论分析  49-51
  4.2 低频光栅频率范围的确定方法  51-53
  4.3 计算机数值模拟  53-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章时间相位展开方法实验分析  56-63
  5.1 测量系统  56-57
  5.2 实验测量结果  57-61
    5.2.1 拟合的线性时间相位展开方法  57-60
    5.2.2 拟合的负指数序列时间相位展开方法  60
    5.2.3 拟合的简约时间相位展开方法  60-61
  5.3 本章小结  61-63
第六章基于时间相位展开的高度坐标校准方法  63-73
  6.1 Song的高度校准方法  63-65
    6.1.1 传统高度校准方法简介  63-64
    6.1.2 Song的高度校准方法  64-65
  6.2 基于时间相位展开的高度坐标校准方法  65-68
    6.2.1 获取校准模块的连续相位  66
    6.2.2 子区域分割  66-67
    6.2.3 虚拟校准平面的连续相位恢复  67
    6.2.4 高度校准  67-68
  6.3 实验结果与分析  68-72
  6.4 本章小结  72-73
第七章复合相位测量轮廓术研究  73-82
  7.1 理论分析  73-77
    7.1.1 传统的PMP方法  73-74
    7.1.2 CPMP方法  74-77
  7.3 实验  77-81
  7.4 分析与讨论  81
  7.5 本章小结  81-82
第八章基于复合光栅投影的快速傅里叶变换轮廓术  82-91
  8.1 π相移傅里叶变换轮廓术基本原理  82-83
  8.2 复合傅里叶变换轮廓术测量方法  83-86
  8.3 实验结果与分析  86-90
  8.4 本章小结  90-91
第九章总结与展望  91-93
  9.1 总结  91-92
  9.2 展望  92-93
致谢  93-94
攻博期间发表的文章  94-95
参考文献  95-103
声明  103

基于时间相位展开的三维轮廓测量研究

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