最早的结构光源是利用激光器产生的光点(或光条)得到点结构光(或线结构光),这种方法具有识别简单的优点,一幅图只有一个点或者光条,软件算法较为简单。但是这种方法的缺点就是测量时间较长、精度低等。针对这些缺点,人们后来采用了面结构光的照明投影方式,这种面结构光的优点是只要拍摄一次,就可以使三维物体得到全场测量。这种面结构光的采用使测量速度大幅度的提高了,这在相位测量轮廓术等测量方法中有着不可估量的意义。
在相位测量轮廓术里,相移次数并非越多越好,以相移次数为4次,每次光栅相移的大小是 为最佳。这种方法一共需要拍摄4帧图像,能够满足精度高和速度快的要求。但是相移法所得到的相位是截断在主值范围内,并不能够直接对其进行运算。因此至关重要的一步就是相位展开。
当前,存在多种多样的相位展开法,而传统的二维空间相位展开法由于抗噪声性能不佳,在实际测量中已不被采用。但这一方法的思想为展开算法的研究起到了很好的铺垫作用。目前,比较成熟的算法有:基于调制度分析的方法、最小二乘法、时间相位展开法等[1]。在这些算法中,开辟了一种新的相位展开思路的展开方法是时间相位展开法。
相位展开法分为两种,一种是空间展开法,它是沿着截断的相位数据矩阵的行或列进行展开。另一种是时间展开法,这种方法是沿着时间轴进行展开,在展开的过程中需要多幅不同灵敏度的相位图。这两种方法各有各的优缺点,因此,对相位展开方法的研究具有广泛的实用意义。
论文主要分为如下几部分,第二章对相位测量轮廓术做了简单的介绍,第三章介绍了空间相位展开法和时间相位展开法,并针对这两种相位展开的方法,分别举出具体的展开方法,通过比较,得出这两种相位展开方法各自的特点。第四章介绍了相位展开法存在的问题。第五章对相位展开法的今后发展做了展望。最后总结全文。
2 相位测量轮廓术(PMP)源'自:751-/论|文'网"]www.751com.cn
2.1 相位计算(以四步相移法为例)
当把一个正弦光栅投影到不规则的物体表面上时,从成像系统中获得的变形光栅像可表示为:
(2-1)
式中, 表示的是待测物体表面的不均匀反射率, 表示背景强度, 表示了条纹的变形状况,且由被测物体的实际状况所决定。
从式(2-1)中直接求解出相位函数 是非常棘手的,而相移法提供了一种精确求解相位的方法,这里采用四步相移法[1],在相移法中,以 为移动的增量,那么所产生的四个变形条纹可由下列方程组表示:
(2-2)
通过对(2-2)式的计算可得出如下相位函数 :
(2-3)
2.2 相位展开
在计算出待测物体的相位信息时,相位 是被截断在反三角函数的主值范围里,即为包裹相位(又称:截断相位)。因此,怎样才能精准的恢复出待测物体的原始相位成为不可缺少的一步,这一过程被称为相位解包裹或者称相位展开。在所有基于条纹分析的三维测量中,相位展开问题无法规避。
现有的相位展开算法,大多数是基于空间坐标的相位截断值,这些算法归属于空间相位展开法。对于这种算法,只要有截断得相位图(可采用一定的方法获得),就可以采用空间相位展开法。还有一类是以时间为轴进行相位展开,该方法可以有效的避免误差传递的现象,从而使精度得到提高,在实际中应用非常的广泛