2018-10-29 note:三維形貌測量及顯示技術研究_孫健

當光柵的載頻較高而相位變化緩慢時葛闷,可采用空域相移法或單步相移光柵投射法(OPGP)看尼,就是對于一幅條紋圖中的任意一個像素點歇父,把與它相鄰的像素的灰度值看成是該點的相位分別移動某一固定值的結果,也就是將一幅圖拆分成幾幅相移圖搀缠,再根據(jù)相應的相移算法求得折疊相位硅确。該方法只需要一幅圖像目溉,處理速度快,但它對條紋周期有嚴格的限制疏魏,實際上測量中物體面形的變化不定停做,限制條件很難被滿足。而且該方法的前提假設是相鄰幾個像素點的背景光強均勻分布且相位變化緩慢大莫,這在實際計算中會造成較大誤差。

傅立葉變換輪廓術只需一幅條紋圖就可以解出所有像素點的相位值官份,其精度也較高只厘。它的缺點有:(1)計算量大;(2)由于空域截斷導致頻域無限展開舅巷,使用 FT 會產(chǎn)生譜波的泄露羔味、混疊等誤差。

區(qū)域分割法有二個缺點:不能保證獨立的路徑钠右,計算解依賴于位相去包裹的開始點赋元;權重臨近區(qū)域的解有缺陷。

CCD 器件的工作原理如下:被測物體圖像經(jīng)物鏡(鏡頭)成像到 CCD 光敏區(qū)飒房,由于光的作用使光敏區(qū)的對應電極產(chǎn)生信號電荷搁凸,并被收集到電極下方的勢阱中形成電荷包,這一過程相當于一個光積分過程狠毯。當光積分周期結束時护糖,加到成像區(qū)和存儲區(qū)電極上的時鐘脈沖使成像收集到的信號電荷迅速轉移到存儲區(qū)中,然后依靠加在存儲區(qū)和水平讀出寄存器上的適當脈沖嚼松,在 CCD 的輸出段即可獲得被測物體圖像的視頻信號嫡良。

(1)物體經(jīng)過光學系統(tǒng)在 CCD 攝像機成像的過程必然存在誤差锰扶。導致誤差的原因有以下幾種:

①同軸度誤差:由于攝影鏡頭以及纖維鏡頭都是若干薄鏡片組合而成的厚透鏡,這些鏡片間應盡量保證同軸寝受,否則將使圖像產(chǎn)生畸變坷牛,導致同軸度誤差[47]。當鏡頭的質量可靠時該誤差一般很小很澄,對測量結果基本沒有影響京闰。

②孔徑誤差:嚴格來講,光學成像原理只對近軸光線成立痴怨,所以當鏡頭光圈孔徑較大時忙干,會導致圖像中出現(xiàn)漸暈現(xiàn)象[48],即圖像中心較亮浪藻、四周較暗捐迫,這將對測量結果產(chǎn)生較大的影響。所以為了減少測量過程可能發(fā)生的孔徑誤差爱葵,光圈的調整量不宜過大施戴,如果系統(tǒng)固定下來,光圈一般不需調解萌丈。在必需調解光圈時赞哗,應重新調用系統(tǒng)中的樣本數(shù)據(jù)庫來確定程序,對系統(tǒng)重新設定辆雾。

③光電轉換誤差:由于 CCD 攝像機的分辨率是有限的肪笋,CCD 器件對光學圖像進行光電轉換的過程,也是二個對模擬信號離散化的過程度迂,對于高頻信息有一定的損傷藤乙,從而導致誤差的產(chǎn)生。

(2)光柵條紋的成像質量也將引起系統(tǒng)誤差惭墓,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

①投影光柵畸變誤差:計算時是將光柵看作是周期相同坛梁、均勻分布的條紋[49],然而腊凶,只有從無窮遠處投影才能得到周期完全相同的光柵划咐。實際的投影光柵并不是從無限遠處投影的,因此钧萍,光柵的周期必然隨與投影中心距離的增大而增大褐缠,這將導致光柵中含有多種頻率分量,并且各個頻譜分量之間的差別不是很大划煮,容易使頻譜混疊送丰。在實際測量中,應盡量利用投影光柵靠近投影中心的中間部分弛秋,避免使用投影的邊緣部分器躏。

②投影系統(tǒng)誤差:投影儀投影光軸的定位偏差俐载、投影光源的光強太小、投影鏡頭的質量低劣和投影儀的分辨率低登失,都是造成光柵圖像成像質量差的因素遏佣,從而影響這個系統(tǒng)的檢測精度。

(3)經(jīng)被測物體高度調制后的變形光柵圖像是反映光強變化的連續(xù)函數(shù)揽浙,經(jīng)過圖像采集采樣状婶、量化后,它將變成反映灰度變化的離散函數(shù)馅巷。在采樣的時候膛虫,采樣頻率的選擇必須滿足采樣定理,即采樣頻率應大于或等于信號所含有的最高頻率的兩倍钓猬。采樣后各像素點的灰度還是連續(xù)變化的稍刀,把這些連續(xù)變化的灰度值變換成整數(shù)級灰度的過程稱為量化。量化誤差越小敞曹,反映圖像本身的特征越準確账月,測量的結果也就越準確。

(4)光柵自身參數(shù)的影響:光柵條紋的明暗度與光柵節(jié)距(周期)對系統(tǒng)的影響也很大[50][51]澳迫。條紋明暗度太大局齿,有用頻率成份將會與直流分量發(fā)生混疊,這給提取有用頻率成份來了困難橄登。而光柵節(jié)距太大抓歼,光柵條紋過稀,不能充分被測物體表面的相位信息拢锹;節(jié)距太小锭部,光柵條紋過密,CCD 攝像機機采集到的圖形將會不清晰面褐。這些都影響系統(tǒng)的測量精度,實際測量中對這些參數(shù)的選擇應該慎重考慮取胎。

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