投影栅图像处理及软件设计

论文摘要

物体表面三维形貌测量在逆向工程、机器视觉、在线产品检测以及医疗诊断等领域广泛应用。本文通过改进的主方向峰值判别法可成功获取投影栅的准峰值并细化出条纹中心线,再计算出物体栅中心线相对于参考栅中心线的偏移量后,可重建物体三维形貌。在傅立叶变换轮廓术中,对测量精度和误差进行分析。在傅立叶变换轮廓术中讨论不同延拓技术对分析精度的影响。所编写的光栅投影三维形貌测量分析软件可实现上述的主要功能。本文的具体工作如下:阐述基于提取条纹中心线测量物体三维形貌的方法。通过投影一定栅距的余弦光栅到被测物体,使投影栅相位被物体表面高度所调制。提出的主方向峰值判别法可成功地判别出投影栅的准峰值并细化出峰值线。在计算出物体栅中心线相对于参考栅中心线的偏移量后,可解调出物体表面的高度信息。然后通过插值,重建物体表面的全场形貌。通过实验证明,对物体栅和参考栅图像进行插值分析可以有效地提高物体形貌的测量精度。实验结果表明基于提取条纹中心线测量物体三维形貌的方法简单可靠,并具有较高的测量精度。尽可能为研究方法的可靠性,应用计算机模拟技术对傅立叶轮廓术的方法进行验证。通过理论的模拟结果和傅立叶变换轮廓术的实验结果比较,给出了模拟物体的测量精度和误差分析。实验结果表明傅立叶变换轮廓术可以有效的测量路面的缺陷,并且为精确测量提供了理论基础。在傅立叶变换轮廓术中,分离零频与基频分量、获取物体的高频信息是准确重建物体形貌的关键。为解决上述问题,利用延拓技术来研究对傅立叶变换轮廓术的影响。模拟结果表明背景延拓技术可以有效的增大零频与基频之间的间距,提高物体三维形貌测量的精度。在软件开发中,研究了相移法和傅立叶变换轮廓术的算法流程,并在VC++6.0开发环境下,实现了多步相移法和傅立叶变换对物体三维形貌的测量分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文内容章节安排
• 2 投影栅相位法
• 2.1 投影方式
• 2.2 经典相位算法
• 2.3 相位解包裹
• 2.4 本章小结
• 3 基于提取条纹中心线的形貌测量
• 3.1 物体形貌测量原理
• 3.2 提取条纹中心线
• 3.3 物体三维形貌的重建
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 4 傅立叶变换轮廓术应用于模拟缺陷的检测
• 4.1 模拟原理
• 4.2 模拟验证
• 4.3 误差分析
• 4.4 本章小结
• 5 延拓技术对傅立叶变换轮廓术的影响
• 5.1 背景延拓对相减傅立叶变换轮廓术的影响
• 5.2 加零延拓对相减傅立叶变换轮廓术的影响
• 5.3 曲线点数与栅距关系对移频傅立叶变换轮廓术的影响
• 5.4 背景延拓对移频傅立叶变换轮廓术的影响
• 5.5 图像插值对移频傅立叶变换轮廓术的影响
• 5.6 本章小结
• 6 光栅投影三维形貌系统的组成
• 6.1 系统硬件简介
• 6.2 分析软件开发
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献