小波变换在光学三维轮廓术中的应用研究

论文摘要

三维面形测量在机器视觉、工业在线检测、实物仿型、地质勘探等多个领域具有重要的意义。基于傅里叶变换轮廓术的三维面形测量技术是三维传感中应用较为广泛的一种方法。本课题是构造物理模拟实验系统的一个重要组成部分,主要用于地质实验体顶面变形程度和过程的定量测量。文中对光学三维测量轮廓术中的有效信息提取、截断相位求取、变形光栅去噪等关键技术作了深入研究,主要工作如下:1.本文在分析了傅立叶变换轮廓术(Fourier transform profilometry,FTP)的基本原理、有效信息提取方法的基础上,比较了一维FTP方法与二维FTP方法在有、无噪声情况下,采用不同频域滤波窗提取有效频率分量时产生的误差分布,为FTP测量中频域滤波窗的选择提供了指导。2.针对傅里叶变换轮廓术测量复杂形状物体时,容易出现频率混叠,滤波时难以确定截止频率,本文提出了基于小波数字滤波的傅里叶变换轮廓术,即利用小波变换多尺度分解和重构的特性,对变形条纹图进行多层小波分解,提取有效的基频分量,提高了曲面可测梯度的范围,实现了三维物体的可靠恢复;同时,将离散小波阈值去噪方法应用在三维轮廓测量相关法中,提高了测量精度。3.针对傅立叶变换分析法中时—频域特性分离的局限性,本文提出了基于连续复小波变换的相位检测方法,该方法通过提取小波变换脊所对应的相位,将得到相对于基准光栅基频的完整相位调制信息,最终得到物体的三维面形数据,经实验验证,此方法能够获得比较满意的实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 光学三维传感技术概述
• 1.2.1 被动光学三维传感技术
• 1.2.2 主动光学三维传感技术
• 1.2.3 当前研究的热点及方向
• 1.3 本论文的主要内容
• 第2章 光学三维成像系统设计与实现
• 2.1 光学三维测量系统开发
• 2.2 光学三维测量系统标定
• 第3章 傅里叶变换轮廓术研究
• 3.1 傅里叶变换轮廓术
• 3.1.1 傅里叶变换轮廓术的基本原理
• 3.1.2 相位展开方法
• 3.1.3 傅里叶变换轮廓术的测量范围
• 3.2 傅里叶变换轮廓术频域滤波方法研究
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 光栅图像计算机仿真
• 3.2.3 频域滤波方法和参数选择实验
• 第4章 小波分析算法综述
• 4.1 小波变换的定义并与傅里叶变换的比较
• 4.2 连续小波变换
• 4.2.1 连续小波的定义
• 4.2.2 连续小波的时频窗
• 4.2.3 连续小波变换的性质
• 4.3 离散小波变换
• 4.4 多分辨率分析与Mallat 算法
• 4.4.1 多分辨率分析
• 4.4.2 Mallat 算法
• 4.5 小波基的选择
• 4.6 二维小波变换
• 第5章 离散小波变换在FTP方法中的应用
• 5.1 离散小波变换在频谱分离中的应用
• 5.1.1 小波数字滤波器的原理及实现
• 5.1.2 基于小波数字滤波的傅里叶变换轮廓术
• 5.1.3 实验与讨论
• 5.2 离散小波变换的去噪分析及其在光栅条纹图中的应用
• 5.2.1 小波去噪的优点
• 5.2.2 小波阈值去噪方法
• 5.2.3 小波去噪的实现
• 5.2.4 实验结果分析
• 第6章 连续小波变换在相位提取中的应用
• 6.1 基于傅立叶变换的三维测量技术中关于频谱分离的困难
• 6.2 小波变换轮廓术原理
• 6.3 实验与讨论
• 6.4 误差分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢