《成像原理论》word版

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1、三维形貌成像成像原理论文摘要本文研究了一种还原物体表面三维形貌的技术---傅里叶变换轮廓术。傅里叶变换轮廓术只需要一幅干涉图即可对整个范围进行分析，其测量系统简约，分辨率高，计算机处理数据快，计算精度高，且具有很强的非接触测量优势，使其得到广泛的应用。在实际傅里叶变换轮廓术测量中，获取的条纹图扩展的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响，甚至妨碍正确三维面形的恢复。π相移技术常被用来消除零频分量对测量的影响，但需要在测量系统中安装精密相移装置，并需要采集两帧具有π相位差的条纹图。传统傅里叶变换轮廓术中，完成精密相移需要较长的时间，影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。本文采

2、用双色正弦条纹投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响。该方法同传统的π相移方法相比，不需要相移装置，测量系统简单，并且能真正实现高速测量。最后介绍了基于线阵CCD的FTP测量技术的应用，分别设计了静态物体测量系统和振动过程测量系统，并且分析了系统中潜在误差来源。关键词：傅里叶变换轮廓术；三维形貌测量；双色正弦条纹投影1成像原理论文1三维形貌成像1.1光学三维成像简介光学三维成像就是指用光学的手段获得物体三维空间信息的方法和技术，目前主要指获得物体表面三维空间形状信息的方法和技术。随着计算机技术、信息技术的迅速发展，极大地改变了传统的光学计量技术。光学计量初期所采用的感光胶

3、片记录方式已为固态摄像机技术所取代，高性能的微型计算机和图像处理系统使光学图像的计算机辅助分析技术迅速发展，这些信息的获取和处理技术上的进步又给光学传感和计量方法上的革新和发展以新的活力，使新的三维传感和计量方法不断涌现。为此，国际光学学会1994年以信息光学的前沿为主题的年会上，首次将光学三维传感列为信息光学前沿七个主要领域和方向之一。物体三维信息的数字化是目前重要的研究课题之一，在机器视觉、实物仿形、工业自动检测、产品外观质量检查、生物及医学检测等领域中具有重要意义，日益受到人们的重视。相信看过电影《侏罗纪公园》的人一定会对影片中那些活灵活现的大恐龙感到疑惑，对片中大恐龙穿墙过壁、以假乱真

4、的场面记忆犹新，这种影视特技到底是怎么做出来的呢？这就是三维传感技术的魅力。在特技制作中，技术人员先雕刻好一个恐龙的模型，然后用光学三维传感方法得到恐龙的三维彩色数字模型，再用三维动画软件使其做出各种动作，并完成与背景、人物的合成，最后才形成我们看到的惊心动魄的场面。另外，尤其在某些应用场合常常要求非损伤式、高精度、高速度的获取物体的表面形状信息，例如沙体形态三维测量、井下模式识别、产品的自由曲面检测、医学诊断中对人脸和牙齿等生物器官的三维造型等。因此，对非接触、快速、高精度的三维面形测量技术的研究更为重要。近些年来，随着半导体激光器、数字投影仪、电荷耦合器件、高分辨率数码相机、高速摄像机等高

5、性能光电设备的出现，以及基于计算机的数字图像处理技术的广泛应用，集光、机、电、计算机技术于一体的光学三维传感技术得到了很大发展。其中，基于结构光照明的主动三维传感方法由于具有快速、非接触、高精度、易于实现自动化等测量特点，日益受到人们的重视。在各种主动三维面形测量方法中，傅里叶变换轮廓术由于只需获取一幅条纹图就可计算出物体的三维面形信息，特别适合实时动态测量，因此受到众多研究者的关注。2成像原理论文1.2光学三维面形测量方法概述获取三维面形信息的基本方法可以分为两大类：被动三维传感和主动三维传感。被动三维传感采用非结构照明方式，从一个或多个摄像系统获取的二维图像中确定距离信息，形成三维面形数据

6、。从一个摄像系统获取的二维图像中确定距离信息时，人们必须依赖对于物体形态、光照条件等的先验知识。如果这些知识不完整，对距离的计算可能产生错误。从两个或多个摄像系统获取的不同视觉方向的二维图像中，通过相关或匹配等运算可以重建物体的三维面形。双摄像机的传感系统如图1.1所示，它与人眼双目立体视觉的原理相似。从两个或多个摄像系统获取的不同视觉方向的二维图像中确定距离信息，常常要求大量的数据运算。当被测目标的结构信息过分简单或过分复杂，以及被测目标上各点反射率没有明显差异时，这种计算变得更加困难。因此，被动三维传感的方法常常用于对三维目标的识别、理解，以及用于位置、形态分析。这种方法的系统构成比较简单

7、，在无法采用结构照明的时侯更具有独特的优点。随着计算技术的发展，运算速度已不再是一个主要的限制因素。在机器视觉领域已经广泛地应用被动三维传感技术。图1.1被动三维传感：双摄象机系统主动三维传感采用结构照明方式。由于三维面形对结构光场的空间或时间调制，可以从携带有三维面形信息的观察光场中解调得到三维面形数据。由于这种方法具有较高的测量精度，因此大多数以三维面形测量为目的的三维传感系统都采用主动三维传