基于光纖干涉條紋投射的結(jié)構(gòu)光三維形貌測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、本文依托國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和精密測(cè)試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室探索性課題,研究小尺寸物體表面三維形貌動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù),發(fā)展了一種基于光纖干涉條紋投射的結(jié)構(gòu)光三維形貌測(cè)量方法:采用馬赫-澤德光纖干涉儀結(jié)構(gòu)和楊氏雙孔干涉原理實(shí)現(xiàn)高密度余弦分布干涉條紋結(jié)構(gòu)光投射,通過面陣相機(jī)采集受被測(cè)物體調(diào)制后的變形干涉條紋圖像,利用傅里葉變換輪廓術(shù)算法并結(jié)合測(cè)量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體表面三維形貌的恢復(fù)與測(cè)量。論文主要研究內(nèi)容包括:
　　1、

2、進(jìn)一步研究基于馬赫-澤德光纖干涉儀結(jié)構(gòu)和楊氏雙孔干涉理論的小視場范圍高密度條紋結(jié)構(gòu)光投射方案,并建立光纖干涉條紋投射系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,通過建模仿真研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)投射條紋性質(zhì)的影響。實(shí)際搭建雙光纖干涉條紋投射系統(tǒng),通過面陣相機(jī)采集投射光場內(nèi)干涉條紋圖像并分析,驗(yàn)證方案可行性。
　　2、以補(bǔ)償干涉條紋隨機(jī)相位波動(dòng)為目標(biāo),提出利用光纖干涉臂輸出端面菲涅爾反射信號(hào)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)相位穩(wěn)定控制系統(tǒng);通過直流相位跟蹤和交流相位跟蹤干涉條紋相位穩(wěn)定

3、控制方法,驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷改變光纖干涉臂長度以控制干涉光波相位差,實(shí)現(xiàn)投射干涉條紋不隨環(huán)境溫度波動(dòng)而產(chǎn)生相位漂移。
　　3、以精確提取干涉條紋相位信息為目標(biāo),提出高斯變換函數(shù)算法對(duì)實(shí)際采集干涉條紋圖像進(jìn)行補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)條紋背景光強(qiáng)的均勻分布。提出采用條紋等值線濾波算法,在濾除干涉條紋圖像中隨機(jī)噪聲的同時(shí)保持其余弦分布特征。對(duì)干涉條紋圖像背景光強(qiáng)、空間頻率、噪聲對(duì)傅里葉變換相位提取過程中的頻譜混疊及相位解包裹影響進(jìn)行研究,為帶通濾波器窗口選

4、擇、相位展開誤差消除、干涉條紋相位信息精確獲取提供依據(jù)。研究雙頻相位解包裹算法并進(jìn)行仿真驗(yàn)證,為實(shí)現(xiàn)雙波長光纖干涉條紋投射高精度三維形貌測(cè)量提供算法基礎(chǔ)。
　　4、構(gòu)建了光纖輸出端面和相機(jī)鏡頭連線與被測(cè)物體參考平面在非平行條件下的干涉條紋相位信息與實(shí)際三維坐標(biāo)信息的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。根據(jù)干涉條紋相位差值與被測(cè)物體表面高度信息的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,采用隱式標(biāo)定法實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的快速獲取,并通過誤差分析對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。