傅里叶轮廓术的三维面形测量

论文摘要

对各种物体表面形状特征的研究,一直是许多科学家和设计团队感兴趣的话题,如地形地貌、工业检测、流体运动、医学诊断、机械转动、磨具变形等的研究过程中都需要通过物体的面形了解物体的特征,所以三维面型测量在这些领域中具有重要意义和广阔的应用前景。由于光学的三维面型测量技术具有非接触、无破坏的特性,以及高准确率、高分辨率、数据获取快等优点而被公认为最有前途的三维面形测量方法。在光学三维测量的诸多方法中,傅立叶变换轮廓测量术相比较其他测量方法,最显著的特点就是采集数据速度快,能够通过一幅二维图像再现出物体的三维形貌特征,所以特别适合于动态物体的三维面形测量。在傅里叶变换轮廓测量术的三维面型测量过程中,最基本的是测量信息的采集,最关键的是对采集信息的优化处理。本文在测量信息的采集和处理方面做了如下工作:1.设计了应用傅里叶轮廓测量术针对物体面形测量的光学实验装置2.编写光栅条纹程序,通过投影仪直接投影到物体表面,并通过对被测物体面形调制后的二维条纹图像进行采集3.应用Matlab编写了再现三维面形的相关程序,成功的对实验中采集到的二维条纹进行信息的提取,并得到了截断相位4.提出了适用于三维面形测量的位相展开的方法,并用八方向梯度插补法对展开相位进行优化,得到较为理想的三维位相分布5.推导了相位与高度之间的关系式,通过展开之后的三维位相分布得到了待测物体的三维面形,并对所做的工作进行了充分而详细的总结和讨论。,本文通过对傅里叶变换相位测量的理论运算、频谱滤波、位相提取与计算、位相解包裹过程的说明以及对实验数据的分析和讨论,使读者对应用傅里叶变换轮廓术的三维面形测量方法有更加深刻的了解。利用设计的实验装置完成物体模型的面形测量,为三维面形测量相关研究提供了一种新的手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 物体的三维面形测量
• 2.1 三维面形测量方法
• 2.1.1 阴影重建法
• 2.1.2 照相技术方法
• 2.1.3 相移相位测量法
• 2.2 位相展开方法
• 2.2.1 二维信息相位展开
• 2.2.2 三维信息位相展开
• 2.3 相位展开的区域插补
• 傅里叶变换位相测量法
• 3.1 傅里叶变换理论
• 3.1.1 二维连续傅里叶变换
• 3.1.2 二维离散傅里叶变换
• 3.1.3 快速傅里叶变换
• 3.2 傅里叶轮廓术的基本原理
• 3.3 傅里叶轮廓术的相位展开
• 3.4 高度计算
• 物体的三维面形测量实验
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验过程及数据处理
• 4.3 实际生活中的应用
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 结论
• 参考文献
• 附录A 附录内容名称
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢