傅里叶变换投影光栅法测量物体的三维形貌-论文.pdf

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1、第33卷第12期企业技术开发2014年4月TECHNOLOGlCALDEVELOPMENTOFENTERPRISEApr．2014V0I-33No．12傅里叶变换投影光栅法测量物体的三维形貌徐建伟’，侯建华，刘雯雯，罗尚林2(1．郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州450006；2．郑州大学力学与工程科学学院，河南郑州450006)摘要：文章将投影光栅法和傅立叶变换方法相结合，通过自编程序在计算机上生成正弦条纹，这些正弦条纹周期、像素可调．借助LcD投影仪将正弦条纹投射到待测物体表面，将待测物体放置前后的栅线条纹用CCD摄像机进行采集，系统参数不变，根据傅里叶变换方法

2、进行滤波，使包含物体高度信息的相位差的图形，经过相位解包裹处理，得到被测物体的三维形貌。关键词：傅里叶变换；投影光栅；三维形貌测量；相位解包裹中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：1006—8937(2014)12-0001—03三维形貌测量又称三维轮廓术或三维面形测量，是指面而形成，这种方法设备简单，但局限性很多，比如投射区运用微波、光电、机械、声音等各种手段获得物体表面三维域的亮度不均匀，且由于光栅的制作工艺精度有限使得产空间形状的方法和技术，它有接触式和非接触式测量两种生的栅线不清晰，不能实现依照被测物体几何形状、尺寸形式，非接触式测量测量速度快、分辨率

3、高、无破坏、全场以及测量的角度、方位、和间距来自动调节实验装置的投测量、适应性强，并且数对据的获取速度更快、自动化程度影和接收系统，灵活性比较差，并且不能根据实验需要来更高、成本比较低等优点，广泛应用与计算机辅助设计、数改变光栅的相位和周期。随着计算机和投影仪的普及，数控加工技术、产品质量检测、医学诊断等方面，在建筑、桥字影栅云纹(DistalShadowMoire)快速发展起来。它是采梁、隧道等大型基础设施检测也有诸多应用。用LCD投影仪产生正弦影栅云纹，将计算机和LCD投影仪投影光栅法属于光学非接触式测量，是现在研究越来相连接，可以根据不同状况的实验现场，通过编程

4、快速形越广泛的一个分支。原本等间距的光栅投射到物体表面，成条纹周期、对比度和亮度等易于调整和控制的投影条受物体高度影响而产生变形。高度变化的信息可以存储于纹。该条纹是目前现有的条件下所能产生的质量最好的条变形光栅的相位信息，而参考平面的光栅图中不含有此信纹，清晰稳定，不易受到环境影响。息。如果能够找出一种方法将变形光栅图与参考光栅图中1983年M．Takeda等人将傅立叶变换用于物体三维形所包含的相位差解析出来，即可提取出物体的高度信息，貌的测量，提出了傅立叶变换轮廓术，利用一维快速傅立再与平面信息作为参照的基准进行结合，即可得到物体的叶变换进行三维形貌测量。这种方法

5、的实现是通过投影系三维形貌信息。该方法绕过了提取等高线、确定云纹级数统将罗奇光栅或正弦光栅投影到待测物体表面，条纹受物等处理过程，通过编程可实现图像处理自动化，在数据的体高度变化发生变形，包含物体高度信息的变形条纹图经处理过程中，还可通过图像的采集密度来获取较大的数据图像采集处理系统输入计算机进行快速傅立叶变换、滤波量，可以大范围的提高光学测量的精度。普通的光学方法和逆傅立叶变换，最终我们可以得到被测物体的高度分布制造出来的光栅制造过程比较困难，在使用过程中相位测信息。量也容易出现各种问题，目前已不再使用真正的光栅，而傅立叶变换方法主要用于去除噪声。它的原理是用傅是通

6、过计算机生成的虚拟光栅来代替。计算机可生成虚拟立叶变换实现了条纹图从空域到频域的转换，条纹频率、光栅或电子光栅，常用的有LCD(LiquidCrystalDisplay，液高频噪声、载波三者在频域中互相分离，可以很容易实现晶显示器)投影仪。LCD光栅通过软件编程即可获得形状高频噪声和载波的去除工作，再用逆傅里叶变换把频域中可控、频率可调的光栅，且可以方便精确的进行相移控制，保留的条纹频率信息还原到空域，得到一个复数的条纹场克服了固定光栅片的缺陷，大大提高了系统的自适应能分布，我们关心的条纹场的相位值即可通过得到分布数据力。在投影条件良好的情况下，投影仪能获得超过1：1

7、00的运算得出。相位包含了物体的高度信息，再由之前的系统对比度。投影光栅法关键在于相位测量，根据相位检测方标定将相位信息转换成高度信息。傅立叶变换法测量物体法的不同，有莫尔等高法、相移法、卷积解调法、变换法等三维形貌的实验光路图如图1所示。常用的方法，本文采用的是傅里叶变换方法。1数字影栅云纹技术与傅里叶变换方法的基本原理传统的投影栅线条纹是将制作好的光栅放于光源前作者简介：徐建伟(1983一)，男，河南南阳人，助教，硕士，主要从事聚合物成型加工及数值模拟方面的研究。基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20124101120017)，河