时间相位解包裹方法在三维形貌测量系统中的应用

将广义时间相位解包裹方法和影栅方法相结合,设计实现了一种基于时间相位解包裹方法的三维形貌测量系统。首先采集投影物体表面上的调制影栅图案,然后使用时间相位解包裹方法获取影栅图被调制前后的解包裹相位差图,据此重建物体三维形貌。给出了相位求解的原理及实现流程,进行了实验测试。实测结果表明,系统能够高效率、高精度地重建物体表面形貌。     

基于三角形光强分布光栅投影的三维测量方法

针对相位测量轮廓术中正弦光栅制作工艺复杂的问题,提出一种基于三角形光强分布光栅投影测量物体三维形貌的方法.测量时,将三角形光强分布光栅投影到被测物体表面,摄像机获取变形条纹图,通过系统参数和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过三角形光强分布光栅求解相位的公式.实验结果表明,提出的方法具有较高的精度和可行性.     

工业产品表面高精度三维测量方法的研究

针对基于条纹投影轮廓术的三维测量系统的非线性效应降低测量精度的问题,提出了一种双四步相移结合相位编码的三维测量方法。该方法可以削减数字光栅测量系统中非线性效应的影响,提高系统的测量精度。通过2次四步相移算法计算得到2幅包裹相位图,经过相位融合得到连续相位。由于使用相位确定码字,相位编码方法对环境光、相机噪声等因素具有较强的鲁棒性,在物体的三维形貌测量中被广泛应用。实验结果表明,该方法能够有效测量复杂物体的三维形貌,具有较好的测量精度。     

实时测量表面形貌的正弦调制半导体激光干涉仪

设计了一种实时测量表面形貌的正弦相位调制半导体激光干涉仪,对其抗干扰的实时测量原理进行了分析．在该正弦相位调制干涉仪中,利用高速图像传感器探测干涉信号,该干涉信号通过信号处理电路实时鉴相得到被测表面所对应的相位分布,即可实时获得待测量物体的表面形貌．在实验中,测量了楔形光学平板的表面形貌,测量点为30×30个,测量时间小于10ms,重复测量精度为4．3nm．实验结果表明该正弦相位调制干涉仪的有效性．     

基于直接数字频率合成的变频条纹生成方法

针对时间相位重建算法存在的实时性差的缺点，提出了一种可以快速生成并获取二维编码条纹图的方法．该方法利用直接数字合成器驱动的声光偏转器使2束相干光分别发生布喇格衍射，2束衍射光相交后发生干涉，获得干涉条纹．通过调节直接数字合成器的频率控制字改变干涉条纹的空间频率．依据该原理建立的系统可以完成变频条纹图的实时投影与采集，对采集到的变频条纹图进行处理后可以获得物体的三维数字像．实验表明每幅条纹图的投影及采集用时10ms左右，该投影及采集装置可以应用于实时性要求高的三维传感系统中．     

小波滤波器组在三维轮廓术上的应用

在傅里叶轮廓术中引入小波变换滤波器解析对物体的三维形貌进行测量和分析．采用对数伽柏(log Gabor)函数生成一组非线性滤波器对光栅图像进行滤波，从而获得光栅图像的相位信息，以实现全自动化测量和提高测量精度．最后给出模拟和实验结果．     

基于参考物镜的数字全息显微相位畸变自动补偿

建立了参考物镜与数值拟合相结合的方法,对离轴数字全息显微系统的相位畸变进行补偿.因为物镜带来的光波曲率差异,预放大数字全息显微系统往往产生附加相位因子.在参考光路中引入相同参考物镜,利用物理方法初步消除因为曲率问题带来的相位畸变.参考物镜加入以后,相位畸变主要来自三个方面.衍射计算时使用数字模拟平面参考光,离轴结构存在空间角,产生一次相位畸变;实际记录到的全息图,参考物镜实验误差导致了残余二次相位畸变;光路中其他光学元件形成像差,无法获取正确的微结构三维形貌.数值上通过多项式对整个相位表面作曲面拟合,利用相位表面与该拟合曲面的差值,提取样品真实相位分布.只用一幅全息图,经过一次多项式拟合便实现了多次相位畸变的自动补偿.以USAF分辨率板作为微结构样品作形貌测量,验证了该方法的准确有效.     

用变频条纹图扫描技术测量陡峭物体的三维轮廓

针对传统条纹投影方法不能测量陡峭物体三维轮廓的问题，提出了一种基于相移的变频条纹图扫描测量技术．采用投影装置投射一系列频率随时间变化的正弦条纹图到被测物体上，且在每个频率下完成相移条纹扫描．用电荷耦合器件(CCD)和图像采集卡记录这些变形的条纹图，对这些条纹图沿时间轴提取相位并进行处理，可以得到图像上每个像素点的相位和沿时间轴的相位变化率，由此得到的每个像素点的相位值在像面内都是相互独立的，而相位变化率包含物体的高度信息，因此可以得到物体的三维轮廓．实验证明，该技术能够成功地测量陡峭物体的轮廓．     

基于RGB三通道相位调制彩色编码

本文提出一种具有初始相位信息的RGB彩色编码方法。此法充分利用了彩色图像R、G、B三个分量携带的信息,即对三个分量分别进行相移为-120°、0°、120°的正弦调制,从而代替传统三幅相移法中的三幅相移图。首先投射一幅彩色RGB正弦条纹来调制被测物体的三维信息,摄像机拍得物体表面的变形条纹图,用数字方法把彩色变形条纹分为三幅灰度图像,然后应用三步相移方法获取截断相位,根据编码特征进行解码来指导截断相位的展开,获得展开相位,进而恢复出物体的三维面形。该方法编码稳定,解码方法可靠,只需要拍摄一幅图,就可以较好地重建空间分离物体的三维面形。通过实验证明了该方法的正确性。     

卷积法和角谱法再现显微全息图时补零数的研究

针对全息图补零法的补零数对再现像和系统效率的影响,结合数字全息显微术中卷积法和角谱法数字再现的原理和再现面与物体放大像尺寸的关系,研究补零数对再现像和系统效率的影响,并采用梯度法来评价再现像的质量。对全息图采用频率滤波提取实像或共轭像的频谱,再采用卷积法或角谱法数字再现,获得物体的放大像。结合再现像的质量和效率两方面因素,提出了补零数的选取依据,即以再现面的物理尺寸不小于物体的放大像时的最小补零数作为最佳补零数,此时能以最小的计算量获得最高质量的再现像。通过实验验证,结果与理论分析一致,证明了选取补零数的依据。     

光学4f系统的图像空间频率特性

为将光学小波变换应用于图像压缩,分析光学4f系统中图像实现方式和图像采集对图像空间频率特性的影响,研究图像频域能量集中特性及其在光学4f系统中的表现,提出光学4f系统中图像空间频率特性的相关计算方法。理论分析、仿真计算和光学实验结果表明:用于图像压缩的光学小波变换在频谱面上的空间滤波范围受到输入图像尺寸、近轴条件、光学4f系统的器件采样特性、图像频域能量集中度以及系统噪声的影响,应根据实际光学4f系统选择合适的光学小波变换的空间滤波范围。实验结果验证了方法和结论的正确性。     

光学图像识别技术的MATLAB仿真

光学图像识别有两种主要的实现方式,其一是采用VanderLugt相关器,其二是采用联合变换相关器。这两种技术都是建立在4f光学成像系统基础之上的。MATLAB提供了丰富的图像处理函数,它们能实现4f光学成像系统的变换功能。利用这些函数可以模拟光学图像识别技术对图像的识别,能得到较好的仿真结果。     

光栅光学小波滤波器

采用光学小波变换可以大大节省图像数据压缩的时间，实现图像数据的实时压缩，为图像的快速传输奠定基础.在典型的光学4f系统的谱面上加滤波片是实现光学小波变换的常用方法，该滤波片可以用胶片、全息图和光栅作为滤波片.但是，因为光栅参数与小波谱值的数学关系复杂，推导的难度较大，所以以往人们都采用胶片或全息图作为滤波片，这样做的精度并不高.作者研究的是在4f系统的谱面上加光栅作为滤波片来实现小波变换，推导了光栅参数与小波谱值的数学关系，为人们制作4f系统的滤波片提供了另一种新的参考.     

基于GPU交互式光线跟踪算法的设计与实现

由于GPU并行处理能力和可编程能力的提高,计算量巨大的光线跟踪算法在GPU上的实现成为研究热点．在CUDA平台上验证了Foley等人所采用的KD-tree加速算法,实现了交互式光线跟踪．在图像分辨率为512×512,跟踪深度为4时,针对复杂场薏的渲染速度达到15f／s,基本实现交互式光线跟踪．     

新老混凝土粘结面人造粗糙度表征及性能研究

提出了一种改进的老混凝土表面人造粗糙度处理方法,并进行了试验研究.首先采用数字图像法采集粗糙表面的三维轮廓数据,然后依据分形理论进行数据处理,并用分形维数表征人造粗糙度;再利用自编的MATLAB程序实现粗糙表面的三维重建以验证数字图像法的准确性;最后,研究了老混凝土表面粗糙度与新老混凝土粘结性能的相关性,结果显示,人造粗糙表面是一种分形结构,可采用分形维数表征其粗糙度;新老混凝土粘结抗折强度f与老混凝土表面的分形维数D呈正相关性,存在近似关系f=kD+b,其中k,b为拟合系数;数字图像法在试验的数据采集、处理分析以及界面形貌的三维重建阶段都具实用性.     

The Fractal Characterization of Fabric Wrinkle Image

In this paper, fractal theory is introduced to assess the fabric wrinkle. The fractal features of fabric wrinkle are analyzed by image processing technique. The fractal dimensious of gray level surface are calculated by the retieular cell counting method. The results indicate that it can be used to character the fluctuation of gray level surface in fabric wrinkle image. The fractal dimensions of wrinkle blocks are achieved by the blocks areas analysis. It is testified that this dimension can describe the features of wrinkle blocks area distribution. The two kinds of fractal dimension can both objectively rank the fabric wrinkling.     

Image statistics and the perception of surface qualities

The world is full of surfaces, and by looking at them we can judge their material qualities. Properties such as colour or glossiness can help us decide whether a pancake is cooked, or a patch of pavement is icy. Most studies of surface appearance have emphasized textureless matte surfaces, but real-world surfaces, which may have gloss and complex mesostructure, are now receiving increased attention. Their appearance results from a complex interplay of illumination, reflectance and surface geometry, which are difficult to tease apart given an image. If there were simple image statistics that were diagnostic of surface properties it would be sensible to use them. Here we show that the skewness of the luminance histogram and the skewness of sub-band filter outputs are correlated with surface gloss and inversely correlated with surface albedo (diffuse reflectance). We find evidence that human observers use skewness, or a similar measure of histogram asymmetry, in making judgements about surfaces. When the image of a surface has positively skewed statistics, it tends to appear darker and glossier than a similar surface with lower skewness, and this is true whether the skewness is inherent to the original image or is introduced by digital manipulation. We also find a visual after-effect based on skewness: adaptation to patterns with skewed statistics can alter the apparent lightness and glossiness of surfaces that are subsequently viewed. We suggest that there are neural mechanisms sensitive to skewed statistics, and that their outputs can be used in estimating surface properties.     

用于三维主动视觉传感的投影系统的光学设计

通过投影系统将编码图片投射到物体的表面,然后再用CCD接收被测物体表面调制的图形,从而得到物体三维信息。文章叙述了投影系统的原理和结构,并对投影系统进行了外形尺寸计算,利用光学设计软件对聚光镜、投影物镜进行了优化,得到了一个较为理想的、满足视觉传感精度的投影系统,且成本低及成像质量好,有较高的实用价值。     

医学数字图像序列高速存取的实用方法

针对以往只能依赖专用设备或复杂系统才能实现医学数字图像序列高速存取的局限,提出一种利用新型串行硬盘(SATA)结合高效磁盘阵列(RAID)技术,进而在常规微型计算机平台上实现医学数字图像序列高速存取的实用方法;给出实际的系统构建方案和具体软件编程方法;最后得出相关测试结果和结论,并阐明本方法的高速性、廉价性和简便性.     

基于IIC总线的视频图像采集板

介绍一种基于IIC总线的视频图像采集板的设计方法，即将CCD摄像头输出的视频信号解码成数字分量信号Y：U：V＝4：2：2格式，然后在控制电路的控制下，输出标准的CIF、QCIF、SQCIF三种图像格式之一，并存入帧存储器，计算机模拟和示波器测试表明该设计是有效的，该图像采集板可用于基于PSTN（公共电话交换网）的可视电话系统的前端采集部门，也可根据所需图像质量选择三种图像格式之一用于监控系统。