毕业论文基于时间相位对三维物体面形的测量word文档（定稿）

三频外差法是将外差法和三频展开法相结合，在保证高相位扩展可靠性同时，也应该具有较高效率。

第页共页本文主要采用三频外差相位展开法对三维物体表面形貌进行测量，通过相位展开法，利用相位与高度映射关系计算出物体实际高度。

条纹投影三维测量流程首先人们应该对投影到被测物体表面条纹图进行采集，然后由些相应计算那些采集到条纹图上面点相位得到得相应折叠相位图这些方法包括有相移方法傅里叶变换方法小波变换方法等，将这些折叠相位图片展开成展开相位图，然后由已经设定正确得系统依据些展开相位图片从而可以得到那些采集条纹图片上每个点深度，因此来获取它深度图像这些设定方法包外差法相结合起来，因此在保证了相对较高相位展开可靠性同时也具有了相对较高测量效率。

随着技术不断高速发展，现在对三维面形测量得到了广泛应用以及对其需求量日益扩大，与此同时对其也提出了更高要求，此次主要基于结构光来对三维物体进行面形测量。

课题背景及意义研究背景在科技快速发展检测技术需求日趋增加以及三维目标识别与跟踪领域今天，大大加大了对三维物体面形测量，并且要求人们用更加准确快速相对简单方法来对其进行研究，由此可见，对三维物体面形测量技术是目前以及将来越来越被重视领域之。

研究意义随着现代技术光学理论微电子集成电路图像传感技术信息系统工程高速发展，出现了非常多检测系统。

近年来，对三维物体面形测量技第页共页术越来越多被用于其他领域，为其他领域带来了很高效技术，因为光学三维测量技术有着相当高测量高精度等优点，因此给其他领域带来了很多方便，所以此领域也带来了很多研究人员对其进行多方面研究。

研究现状及发展趋势在现代工业应用中，维和二维测量理论，技术发展和应用已经相当成熟。

由于三维测量复杂性和特殊性，直是科技界努力突破技术难题。

随着现代制造业飞速发展，比如像航空航天方面汽车等那些很大大型制造行业对这些质量控制问题提出了相当高要求，就是为发展这技术提供了很大便利以及优势，又因为那些其他行业东西相对般比较大而且比较重，所以很多时候往往都要需要将那些出现质量问题必须要当场把它解决了。

相关理论以及基本原理结构光法是光学测量技术其中种，他原理是通过光线投射到物体表面投影，然后由光点，或者是光条再或者是光平滑结构来操作，并通过那些图像相关仪器得到图像，然后再利用那些他们之间种几何关系，最后人们再通过三角关系些相关原理算出物体坐标。

这些方法在那些比较现实物体面形测量中得到了很大应用，但是，他测试精准度又会受到些物理光学方面影响。

光点那些测试方式他是需要依次测测试，图像采集和图像处理所需要时间也会跟着那些被测对象加大而迅速加大，这会很相当困难去完成那些需要人们即时完成测试。

利用线结构光代替点光源，深度图，图像采集和图像处理时间可以大大降低。

当使用光结构光时候，人们这时就应该把那些二维结构光图像投影到被测对象他面上，并且还不需要扫描就能对物体表面实现测试，测试时候很迅速，经常使用方法是在光光滑结构投影条纹图案到物体表面上。

当投射结构光图案相对更为复杂时候，这时候人们为了确定被测对象表面点与像素点之间那些联系，将对象和图像像素点进行编码，这种方法也被称为结构光测量方法。

那些图形编码又被分成为空域编码和时域编码。

空域编码方法只需要个投影便可获得深度图对象。

结构光测试方法，它原理就是把投射到个被测对象表面光栅，然后把这个被测对象高度拿来进行调制，这个时候光栅条纹会发生形变，这个可以被解释为变形后条纹，它相位和它幅度都是这个对象表面载体信号。

然后由解调得到条纹信息，和高度信息相位变化。

最后用三角法第页共页原理计算出高度，并称之为相位法。

基于三维物体轮廓测量技术理论基础，是相位测量也是光学三角法，但是它不同于光学三角廓术，它不直接寻找和判断像点由于物体高度变动后。

光栅条纹他相位是关注焦点，相位法处理步骤主要有它相位得解调它相位展开而且还有这个东西得高度以及这个东西相位关系校正而且还有些相应计算。

在目前情况下，相位法是主要难点在于投影，相位展开和系统校准新投影机可以改变控制下投影图案，尽管他有着很好适应性，但是它分辨率相对来说并不是很高但是独有那些存在问题，尽管人们想出了很多办法，但是对于些其他因素影响，仍然不能够达到他们那些要求。

对于结构光对三维物体面形测量方法当中，现在存在种比较流行发展趋势，那就是相位法和其它编码技术相结合方法。

光栅投影技术，它本质上是种利用相位来编码方法，但是他缺点是，由于正弦条纹投影是周期性，而且加上其他不利因素使得相位展开相对困难。

编码结构光方法，它测试方法属于种离散测试方法，并且它每个都有个离散光栅值，所以只能限制它条形编码数量，所以同时也就限制了它测试精度高精度要求，当要求高精度测试时候，这个时候就需要种比较复杂编码方式。

这两者结合，将成为解决这问题个很好选择，如格雷编码相位编码方法等。

测量原理将结构光图像投影到将要被测试对象表面上面，然后人们可以从另外个角度观察到由于物体形变从而引起被测对象它高度调制形变后条纹，这个可以解释为相位和幅度它们都是被测对象表面调制后载体信号。

采集变形后条纹被收集和解调，然后将它进行恢复得到相位信息，然后再由相位来最终确定这个物体高度。

这就是基于相位结构光方法基本原理。

自从人们提到时间相位展开方法至今，人们就对如何提高相位展开效率相关问题进行了大量研究，也就因此得出了大量经典算法。

这些大量典型算法中包括基于线性增长，增长指数时间相位展开算法，基于线性增长，并在这些算法中产生改进算法，其中包括三频法外差法等其中指数增长算法具有很高条纹级次定位精度，所以相位展开精度高，从而重建三维面形测量精度也高但是所需数据采集量较大，数据处理时间也较长其中三频展开法仅用套条纹为最大投影条纹数目做时间相位展开，精度相对负指数增长算法有所降低，但测量时间缩短。

三频外差法是将外差法和三频展开法相结合，在保证高相位扩展可靠性同时，也应该具有较高效率。

第页共页本文主要采用三频外差相位展开法对三维物体表面形貌进行测量，通过相位展开法，利用相位与高度映射关系计算出物体实际高度。

条纹投影三维测量流程首先人们应该对投影到被测物体表面条纹图进行采集，然后由些相应计算那些采集到条纹图上面点相位得到得相应折叠相位图这些方法包括有相移方法傅里叶变换方法小波变换方法等，将这些折叠相位图片展开成展开相位图，然后由已经设定正确得系统依据些展开相位图片从而可以得到那些采集条纹图片上每个点深度，因此来获取它深度图像这些设定方法包变换为，此处，为世界坐标系值，在实际测量过程中所处理是拍摄到以图像像素坐标系为参考系二维图像，当光轴与参考面不垂直时，各物点通过成像放大率不同，世界坐标系到图像像素坐标系变换不再满足线性关系，必须建立世界坐标系与像素坐标系关系，将世界坐标系转换到图像像素坐标系。

电脑模拟实验结果图在上进行仿真实验，使用三频法进行相位展开，其中仿真投影条纹频率分别为然后对其进行相位展开。

第页共页图物体高度图如图所示在上模拟画出了原物体高度图。

图频率为未变形垂直条纹截断相位图图频率为未变形垂直条纹截断相位图第页共页图频率为未变形垂直条纹截断相位图图是在软件上模拟对原物体分别投影条纹频率为，频率，以及频率为光，然后分别获取他们截断相位图。

图标准条纹连续相位图图是在上将其截断相位进行相位展开后得到标准相位图图频率为变形后垂直条纹截断相位图第页共页图频率为变形后垂直条纹截断相位图图频率为变形后垂直条纹截断相位图图是在软件上模拟对变形后物体分别投影条纹频率为，频率，以及频率为光，然后分别获取他们截断相位图。

图变形后连续相位图图是将变形后物体截断相位进行相位展开后获得连续相位第页共页图。

图截断相位后测量物体图图是利用相位与物体实际高度之间映射关系在上计算得到物体高度图。

图原物体与测量后误差图图是原物体高度图与在上仿真得到物体高度之间高度差图，即仿真时出现误差。

结论本文主要介绍了利用时间相位展开方法对物体三维物体面形进行测量，并且论述了时间相位展开基本原理以及基于时间相位展开与物体高度之间几何映射关系，包括相位展开和相位展开与高度之间映射关系。

最后在中用仿真实验模拟了基于三频时间相位展开法相位展开并利用物体高度与相位映射关系计算出了物体三维物体高度。

第页共页参考文献王焘，陈文静利用小波变换实现基于结构光投影变换轮廓术激光与光电子学进展任丹，吴禄慎三维面形位相测量轮廓术研究南昌大学学报工科版李璐璐，苏显渝，窦蕴甫，等时间相位展开误差分析与算法设计四川大学学报自然科学版曹德富，韩斐数字化测量技术优化分析科技与企业，王展新对工程测量与三维测绘技术发展探究科技资讯，熊汉伟，张湘伟手持式线激光源扫描系统应用激光于晓洋，吴海滨基于码和线移条纹结构光测量技术仪器仪表学报岳慧敏，苏显渝，李泽仁采用时间相位展开高度坐标校准方法光电工程徐珍华，苏显渝种时间相位展开算法四川大学学报自然科学版岳慧敏，苏显渝时间位相展开方法研究进展激光杂志步鹏，陈文静，苏显渝滤波窗选择对傅里叶变换轮廓术测量精度影响激光杂志江磊基于三维轮廓测量方法及实验现代电子技术安冬，达飞鹏，盖绍彦，等新基于条纹投影轮廓测量系统标定方法应用光学崔占涛，王卫华，樊建春，等面阵在钻杆直径测量中应用研究石油机械王胜兵，王斯达基于最小二乘拟合数码相机定位研究科技资讯，第页共页致谢本文是在老师热情关心和指导下完成，他渊博知识和严谨治学态度使我受益匪浅，对顺利完成本课题起到了极大作用。

在此向他表示我最衷心感谢，在论文完成过程中，本人还得到了班上很多同学热心帮助，在此本人向他们表示深深谢意，最后向在百忙之中评审本文各位专家老师表示衷心感谢，作者简介姓名性别出生年月民族第页共页声明本论文工作是年月至年月在大学学院完成。

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特此声明，作者签名年月日外差法相结合起来，因此在保证了相对较高相位展开可靠性同时也具有了相对较高测量效率。

随着技术不断高速发展，现在对三维面形测量得到了广泛应用以及对其需求量日益扩大，与此同时对其也提出了更高要求，此次主要基于结构光来对三维物体进行面形测量。

课题背景及意义研究背景在科技快速发展检测技术需求日趋增加以及三维目标识别与跟踪领域今天，大大加大了对三维物体面形测量，并且要求人们用更加准确快速相对简单方法来对其进行研究，由此可见，对三维物