基于相移法的物体表面三维轮廓测量研究
基于相移法的光栅投影轮廓术由于具有全场测量，高精度，非接触等优点，在质量控制、工业检测、医学、人体测量和文物数字化等众多领域得到了越来越广泛的应用。本文旨在提高基于数字光栅投影、相移法和标定技术的三维轮廓测量系统的性能，且对相位计算、相位误差补偿和系统标定等关键性技术进行了研究，力图为光栅投影轮廓术的实用化奠定基础。 相位计算是光栅投影轮廓术的基础内容，同时也是三维测量的关键性步骤，它是实现相位-高度映射的前提。相位计算包括包裹相位计算和包裹相位的展开两个部分，本文在对比分析了各种算法的基础上，选取了相移法求取包裹相位，利用改进型时间相位展开法-多频光栅投影法进行相位展开，该方法能有效抑制误差传播效应，并通过模拟仿真和石膏手的测量实验验证了该方法的有效性。 相位误差是影响测量精度的一个主要因素，在相移法中，相位误差主要来源相移误差和光栅图像的非正弦性，相移误差已基本可以通过投影计算机生成的电子光栅消除。本文通过对一块白色平板的实际测量分析发现，光栅图像的非正弦性是由投影仪的非线性伽玛效应和投影光栅的周期展宽共同作用的结果，为此，本文提出一种连续相位与相位误差之间的通用相位误差查找表，该误差查找表能同时补偿投影仪的非线性伽玛效应和投影光栅的周期展宽引起的相位误差，且最后对一块高精度块规的测量实验表明该误差查找表能有效减小相位误差，提高系统的测量精度。 系统标定是光栅投影轮廓术的关键技术之一，它决定了被测物体三维重构的精度。本文选取了系统安置灵活、高精度的最小二乘标定法，该测量系统允许投影仪和相机在允许的测量范围内随意安置，不受传统的光栅投影轮廓术中投影仪和相机需等高的约束，然而以往在利用最小二乘法进行系统标定时，并没有考虑相位误差，所以最小二乘标定法的精度还有提升空间，为此，本文结合上述提出的相位误差补偿方法，利用最小二乘法进行系统标定，最后通过大量的实验验证了该方法的有效性。
相移法;物体轮廓;三维测量;相位误差补偿
南昌航空大学
硕士
测试计量技术及仪器
伏燕军
2012
中文
TN247
65
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）