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条纹投影非线性误差主动编码最优估计校正方法

李茂月 徐敬之 刘泽隆 黄思琦

李茂月, 徐敬之, 刘泽隆, 黄思琦. 条纹投影非线性误差主动编码最优估计校正方法[J]. 188bet网站真的吗 . doi: 10.37188/CO.2024-0167
引用本文: 李茂月, 徐敬之, 刘泽隆, 黄思琦. 条纹投影非线性误差主动编码最优估计校正方法[J]. 188bet网站真的吗 . doi: 10.37188/CO.2024-0167
LI Mao-yue, XU Jing-zhi, LIU Ze-long, HUANG Si-qi. Nonlinear error active coding optimal estimation correction method for fringe projection[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0167
Citation: LI Mao-yue, XU Jing-zhi, LIU Ze-long, HUANG Si-qi. Nonlinear error active coding optimal estimation correction method for fringe projection[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0167

条纹投影非线性误差主动编码最优估计校正方法

cstr: 32171.14.CO.2024-0167
基金项目: 黑龙江省自然科学基金(No. LH2022E085);国家自然科学基金(No. 51975169)资助。
详细信息
    作者简介:

    李茂月(1981—),男,山东青岛人,博士,教授,博士生导师,2004 年于南京林业大学获得学士学位,2007 年于长安大学获得硕士学位,2012 年于哈尔滨工业大学获得博士学位,主要从事智能加工与光学检测技术方面的研究。E-mail:lmy0500@163.com

  • 中图分类号: TH741

Nonlinear error active coding optimal estimation correction method for fringe projection

Funds: Supported by Natural Science Foundation of Heilongjiang Province of China (No. LH2022E085); National Natural Science Foundation of China (No. 51975169)
More Information
  • 摘要:

    条纹投影技术在三维测量和表面形貌重建中得到广泛应用,其相位质量是决定测量精度的关键因素。然而,输入光强和输出光强之间的非线性效应是导致相位误差的主要来源之一。为了解决这一问题,本文提出了一种新的系统非线性主动校正方法。该方法首先通过对标准平面投影少量的均匀灰度图像,获取输入光强与输出光强的变化规律。然后,将这一规律与系统非线性主动校正结合,建立了基于输入输出光强变化的系统非线性模型。利用遗传算法求解最优编码值,从而通过条纹编码主动校正了投影条纹。校正后的条纹有效减少了非线性效应带来的影响,大幅提升了相位获取的质量。为了验证所提方法的有效性,以三步相移为例进行了计算机仿真。结果表明,标准误差降低了88%,最大误差减少了85.5%。在实际标准平面实验中,校正后标准相位误差由0.0706 rad降至0.0168 rad,最大相位误差由0.4129 rad降至0.0960 rad。在人脸石膏模型实验中,校正后标准相位误差由0.0472 rad降至0.0102 rad,最大相位误差由0.2990 rad降至0.2408 rad。在复杂形貌人脸石膏件的三维重建中,校正后表面质量显著提升,影响相位质量的水波纹效应大幅减小。与现有的大步相移方法相比,本文提出的方法具有高质量的相位获取精度,而且在所需数据量和操作便捷性方面也具有明显优势,显示出广泛的应用前景。

     

  • 图 1  结构光测量系统

    Figure 1.  Structured light measurement system

    图 2  非线性效应对相位质量的影响

    Figure 2.  The influence of nonlinear effects on phase quality

    图 3  输入光强与理想输出光强关系

    Figure 3.  Relationship between input light intensity and ideal output light intensity

    图 4  第300行条纹正弦性对比

    Figure 4.  Sinusoidal contrast of the 300th stripe

    图 5  仿真相移条纹图

    Figure 5.  Comparison of pre-correction and post-correction phases with the ideal unwrapped phase

    图 6  某一行相位误差图

    Figure 6.  Phase error in one line

    图 7  实验设备

    Figure 7.  Experimental equipment

    图 8  捕获的灰度图像

    Figure 8.  Captured grayscale images

    图 9  某一行相位误差图

    Figure 9.  Phase error in one line

    图 10  牛皮纸板平面测量相位对比

    Figure 10.  Comparison of phase measurement for cowhide cardboard plane measurement

    图 11  人脸石膏件实验相位对比

    Figure 11.  Phase comparison of facial gypsum piece experiment

    图 12  人脸石膏件三维重建效果

    Figure 12.  3D reconstruction results of facial gypsum parts

    表  1  相位误差仿真模拟结果

    Table  1.   Simulation results of phase error

    MethodUncorrectedCorrected
    Std. phase error/rad0.28940.036
    Max phase error/rad0.41200.060
    下载: 导出CSV

    表  3  人脸石膏件实验相位误差结果

    Table  3.   Phase error results of facial gypsum piece experiment

    Method Uncorrected Others Ours
    Std. phase error/rad 0.0472 0.0164 0.0102
    Max phase error/rad 0.2990 0.2561 0.2408
    下载: 导出CSV

    表  2  标准平面实验相位误差结果

    Table  2.   Phase error results from standard plane experiments

    MethodUncorrectedOthersOurs
    Std. phase error/rad0.07060.02270.0168
    Max phase error/rad0.41290.13200.0960
    下载: 导出CSV
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  • 网络出版日期:  2025-03-04

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