学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于数字光栅投影的三维形貌技术研究

作　者: 黄祥岭
导　师: 周灿林
学　校: 山东大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 投影栅线相位法变精度去包裹多频外差原理阶梯相位投影
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

物体表面的三维形貌测量在科学研究和工业生产中具有十分重要的应用价值,例如在逆向工程、生物医学、机器视觉、质量控制、模具设计、刑事侦查等领域拥有广阔应用前景,因此成为当今国内外研究的热门课题。其中,投影栅线相位法三维形貌测量技术更是因为其具有全场测量,耗时短,精度高等优点受到了人们的青睐,也是人们不断研究探索的重要领域。在基于投影栅线相位法的三维形貌测量技术中,无论用相移法还是傅立叶变换法解调相位,最终都是通过反三角函数计算得到与物体表面高度相对应的相位分布,而反三角函数解调出的相位主值都被截断在(-π,π)范围内,是不连续的,需要对其进行相位展开。在实际包裹相位图中,往往存在阴影、噪声以及间断点等,这些无效点会导致空域相位展开方法误差传播或失败。而时域相位展开是使光栅条纹的频率随着时间而变化,相对于空域相位展开法,其不在二维相位图中寻找展开路径,而是沿着时间轴分别对每一个像素进行相位展开,实现了各像素点之间相互独立的相位展开,可以准确测量表面不连续物体的形貌。本课题构建了一套完整的投影栅相移法三维形貌测量系统,包括栅线的投影、变形栅线的拍摄、相位解调和展开及形貌恢复等。针对投影栅相移法相位展开做了重点研究。本文取得的主要研究成果如下：(1)对基于多频光栅变精度去包裹方法进行了研究,以低频光栅解调出的连续相位为基础,引导高频光栅相位去包裹,实现了相位的自动去包裹,被测物面细节由高频光栅相位获取,该方法在实际测量中取得了很好的效果。(2)对基于多频外差去包裹方法进行了研究,该方法利用多频外差法将高频相位主值叠加成无需去包裹的低频连续相位,利用该连续相位引导高频相位主值的去包裹,使被测物面的细节信息在高频光栅相位中得以恢复,同时保持相移法原有的相位求解精度,自动地完成相位去包裹。(3)提出了改进的阶梯相位去包裹算法。该方法减少了光栅投影次数,提高了测量速度,但保持了原有阶梯相位法的精度。由于该方法是利用相位而不是灰度来确定编码值,所以对环境光和被测物体表面的反射率变化不敏感,抗干扰能力强。(4)对本文中所采用的去包裹方法进行了大量的实验验证,包括在MATLABR2008a编程环境下进行的模拟实验以及对被测物体三维形貌的实际测量。

全文目录

目录  4-6
CONTENTS  6-8
摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-24
  1.1 引言  12
  1.2 三维形貌测量概述  12-13
  1.3 光学三维形貌测量技术  13-15
  1.4 相位测量技术概述  15-16
  1.5 相位解调方法  16-19
    1.5.1 相移法  17
    1.5.2 傅立叶变换法  17-19
  1.6 两种测量方法的比较  19-20
  1.7 去包裹原理  20-22
  1.8 投影栅线法的研究热点  22-23
    1.8.1 相移器  22
    1.8.2 相位解调算法  22
    1.8.3 相位解缠技术  22-23
  1.9 研究意义  23
  1.10 主要研究内容  23
  1.11 小结  23-24
第二章投影栅相移法  24-30
  2.1 原理概述  24-25
  2.2 相移法(PSM)解相位  25-27
  2.3 相位主值去包裹研究  27-29
  2.4 小结  29-30
第三章变精度投影条纹去包裹方法  30-38
  引言  30
  3.1 概述  30-31
  3.2 原理  31
  3.3 双频投影条纹法  31-33
  3.4 三频投影条纹法  33-36
    3.4.1 概述  33
    3.4.2 仿真验证  33-35
    3.4.3 实验验证  35-36
  3.5 小结  36-38
第四章基于多频外差原理的三维测量技术  38-46
  引言  38
  4.1 原理概述  38-39
  4.2 仿真验证  39-42
  4.3 实验验证  42-45
  4.4 小结  45-46
第五章基于阶梯相位投影的三维测量技术  46-78
  引言  46
  5.1 原理概述  46-54
    5.1.1 仿真验证  48-51
    5.1.2 实验验证  51-54
  5.2 改进阶梯相位算法  54-63
    5.2.1 原理概述  54-57
    5.2.2 仿真验证  57-60
    5.2.3 实验验证  60-63
  5.3 优化阶梯相位算法  63-74
    5.3.1 原理概述  63-68
    5.3.2 仿真验证  68-71
    5.3.3 实验验证  71-74
  5.4 彩色条纹投影  74-77
  5.5 小结  77-78
第六章结论  78-80
  6.1 主要工作  78
  6.2 创新点  78-79
  6.3 前景展望  79-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
攻读硕士学位期间的学术成果  86-88
附件  88

基于数字光栅投影的三维形貌技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文