基于相位计算的三维形貌快速测量技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：硕士学位论文基于相位计算的三维形貌快速测量技术研究论文作者：张晓璇学生类别：全日制专业学位类别：工学领域名称：仪器仪表工程指导教师：张宗华职称：教授资助基金项目：河北省应用基础研究计划重点基础研究项目(No:15961701D)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentationEngineeringTheresearchoffastthree-dimensionalshapem

2、easurementbasedonphaseextractionbyZhangXiaoxuanSupervisor:Prof.ZhangZonghuaMay2017ThisworksupportedbyKeyBasicResearchProjectofAppliedBasicResearchProgramsSupportedbyHebeiProvince.No.15961701D.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集

3、体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2017.05.22关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文

4、的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2017.05.22导师签名：日期：2017.05.22摘要快速测量是光学三维形貌测量领域研究的热点问题之一，在动态过程分析、实时在线检测等非静态物体测量场合具有较高应用价值。对于动态物体的测量，物体的帧间运动是影响测量精度的主要因素。而解决这一问题主要依靠以下两个途径，其一是改进算法减少绝对相位计算所需要的变形条纹图个数，其二是提高测量系统硬件的图像采集速度。本文从以上两个途径入手，研究了一种快速测量方法。首先提出一种改进的快速相位计算方法

5、。从传统的四步相移和傅里叶变换相位计算方法的优势与局限性出发，将时域精确的均值包络提取与频域滤波结合，去除条纹图背景项，结合基于相位半角的两步相移，最终实现相位的精确恢复。同时以上背景项去除方法可以有效抑制傅里叶零频干扰，提高测量精度。将上述两种方法结合，从四幅变形条纹图中计算物体绝对相位，一般实验条件下，均方根误差在0.015rad以内。基于改进的相位计算方法，本文搭建了多通道快速测量系统。通过利用半透半反镜改变投影光路，将一台红外投影仪与一台可见光投影仪构成了四通道投影系统，利用2CCD相机同时获取四通道条纹信息，通过

6、单次投影采集实现物体的三维测量。同时，针对该测量系统中两投影仪空间位置偏差的问题，建立六自由度条纹投影仿真模型，用于偏差影响及系统性能分析。并基于此仿真模型和投影仪标定原理，提出了一种基于条纹图预变形的投影通道偏差矫正方法，实现了两台投影仪空间位置偏差的软件矫正。实验结果表明，采用本文提出的相位计算方法和多通道快速测量系统，检测时间缩短为传统方法的1/12，同时具有较高的测量精度，可以满足快速测量需求。关键词：快速测量相位测量轮廓术相移法傅里叶变换均值包络条纹投影仿真系统IABSTRACTFastmeasurementis

7、oneoftheresearchhotspotsinthefieldofopticalthree-dimensionalshapemeasurement,andithashighapplicationvalueinthefieldofnon-staticshapemeasurementsuchasdynamicprocessanalysisandonlinedetection.Forthemeasurementofdynamicobjects,inter-framemotionofobjectsisthemainfacto

8、raffectingthemeasurementaccuracy.Thesolutiontothisproblemmainlyreliesonthefollowingtwoways.Oneistoimprovethephasecalculationalgorithmtoreducethedeformed