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基于数字微镜的位相测量轮廓术

作　者: 曹益平
导　师: 苏显渝
学　校: 四川大学
专　业: 光学
关键词: 数字微镜位相测量轮廓术光栅强度传递函数 RGB三原色数码相机位相展开
分类号: O439
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

光学三维传感是一个重要的研究领域，其中采用结构照明的三维传感方法，包括位相测量轮廓术(PMP)、傅立叶变换轮廓术(FTP)、调制度测量轮廓术等近年来受到了极大的重视。数字微镜器件(DMD)及数字光处理技术(DLP)作为实时空问光调制器在光学信息处理和光学三维传感领域具有广泛的应用前景。本文重点研究了采用数字微镜作为结构照明的位相测量轮廓术，分析了数字微镜的时空特性、强度和颜色传递特性，提出高精度和快速测量的方法。所取得的主要研究结果包括： 1、对DMD的时空特性进行了系统分析，重点讨论了时空特性对结构照明型三维传感应用的影响，通过实验验证了分析结果的正确性。 2、提出了基于DMD位相测量系统的调制传递函数概念，并在此基础上提出了正确获取正弦光栅的实时自适应校正方法，大大提高了测量的精度和自动化程度。 3、提出了基于数字微镜三色投影的快速三维测量新方法。新方法无需相移装置，无相移误差，只需投出去一互相错相120度的红绿蓝三色正弦光栅合成条纹图，且仅需采集一幅彩色变形条纹图像，采用图像解码技术便可获取三维数据。 4、研究开发出了一种采用数码相机获取条纹图像的高分辨率PMP测量系四川大学博士论文摘要统，大大提高了三维数据的解析度，有利于减少位相展开的极点，提高了PMP测量精度，并应用于井底模式测量、人体心脏标本测量等，具有很强的实用性。 5、从实用性出发，对基于数字微镜的位相测量装置进行了仪器化设计考虑。

全文目录

第一章绪论  10-25
  1.1 被动三维传感方法  10-11
  1.2 主动三维传感方法  11-21
    1.2.1 飞行时间法  12
    1.2.2 激光多波长相位法  12-13
    1.2.3 光学三角测量法  13-16
    1.2.4 Fourier变换轮廓术  16-18
    1.2.5 位相测量轮廓术(PMP)  18-21
  1.3 光学三维传感的发展趋势  21-23
    1.3.1 反求工程  22
    1.3.2 工业检测  22
    1.3.3 虚拟仿真  22-23
    1.3.4 文物保护  23
    1.3.5 医疗  23
    1.3.6 量身定做服装和量脚制鞋  23
  1.4 本论文研究重点  23-24
  1.5 本章小结  24-25
第二章位相测量轮廓术(PMP)基本原理  25-36
  2.1 面结构光的产生  25-26
  2.2 位相移动  26-28
  2.3 位相展开  28-32
    2.3.1 极点与截断线  29-30
    2.3.2 调制度  30-31
    2.3.3 调制度排序位相展开算法与菱形位相展开算法  31-32
  2.4 高度计算  32-34
  2.5 高度校准  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章数字微镜(DMD)与数字光处理技术  36-42
  3.1 数字微镜的工作原理  36-37
  3.2 数字光处理技术  37-41
    3.2.1 数字光处理技术内容  38-40
    3.2.2 数字光处理器的主要特点  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章数字微镜(DMD)的时空特性研究  42-52
  4.1 DMD的时分复用的脉冲宽度调制技术  42-45
  4.2 计算机模拟实验  45-48
  4.3 实验现象与讨论  48-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章基于强度传递函数的自适应光栅生成技术  52-64
  5.1 强度传递函数  52-54
    5.1.1 强度传递函数数学模型的建立  52-53
    5.1.2 强度传递函数的测量  53-54
  5.2 强度传递函数对位相测量轮廓术的影响  54-55
  5.3 自适应光栅生成技术  55-57
  5.4 强度传递函数补偿的计算机模拟  57-58
  5.5 光强线性补偿技术的实际应用  58-63
  5.6 本章小结  63-64
第六章基于数字微镜三色投影的快速三维测量  64-75
  6.1 基于色度的位相测量方法  64-65
  6.2 基于RGB三原色的快速位相测量新方法  65-72
    6.2.1 色度传递函数  66-68
    6.2.2 彩色复合光栅的自适应线性补偿方法  68-70
    6.2.3 位相计算数学模型的修正:三色强度归一化  70-72
  6.3 三原色快速位相测量方法的应用  72-74
  6.4 本章小结  74-75
第七章用数码相机的高分辨PMP系统及应用研究  75-83
  7.1 系统结构  75-76
  7.2 系统的应用实例  76-82
    7.2.1 系统在艺术品三维数字化中的应用  76-77
    7.2.2 系统在生物医学中的应用  77-79
    7.2.3 系统在井底模式中的应用  79-81
    7.2.4 系统在三维数字照相与三维全息显示中的应用  81-82
  7.3 本章小结  82-83
第八章基于DMD的PMP测量系统仪器化设计考虑  83-88
  8.1 DMD的控制接口设计  83-84
  8.2 DMD刷新时间与图像采集的同步控制  84-86
  8.3 图像采集积分时间控制  86-87
  8.4 仪器的小型化、高速化设计考虑  87
  8.5 本章小结  87-88
第九章总结  88-90
参考文献  90-97
作者在攻博期间发表论文及参加的研究项目  97-100
声明  100-101
致谢  101

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