本文關鍵詞：三頻多周期模擬編碼光三維測量方法研究　出處：《哈爾濱理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 模擬編碼光 相移法 三頻相位展開 誤差校正

【摘要】：三維測量技術因其智能化、便捷化和快速測量等特點,在工業(yè)生產、醫(yī)療、航天等諸多領域起到不可替代的作用。其中以相移法為代表的模擬編碼光測量方法因具有高分辨率和高采樣密度,成為三維測量領域中最具發(fā)展前景的測量方法。然而,在應用單周期模擬碼進行測量時,要求相鄰像素間具有高光強差,否則會導致抗干擾能力低的問題,而采用多周期模擬碼又會帶來多點相位值相同的問題。因此,本文以提高模擬編碼光抗干擾能力以及保證解相后相位無誤差展開為目的,提出了三頻多周期模擬編碼光三維測量方法,包括系統聯合gamma值的標定和校正效果明顯的gamma非線性校正。在現有技術多步余弦相移法的基礎上,采用多周期模擬碼以增強相鄰像素之間光強差,以減小量化誤差,提高抗干擾能力;針對采用多周期相移編碼進行測量時,相位取值存在二義性的問題,建立了三頻模擬編碼光相位展開模型,分析推導出數學公式,并通過理論分析,確定了本文中的相位展開方法對包裹相位的誤差容限,推導出三頻模擬編碼光組合的等效周期,給出組成編碼光的最優(yōu)頻率組合;最后,對本文構建的三維測量系統聯合gamma值進行了標定,并對非線性誤差進行了校正,將gamma標定技術結合三頻多周期余弦相移法,以及三頻相位展開方法進行了三維測量實驗,實驗包括聯合gamma標定與校正實驗,本文三維測量方法對平面和復雜表面測量實驗,本文三維測量方法與雙頻法、外差法的對比實驗等,依據各實驗得出的測量結果,對本文測量方法做出了評價。通過理論分析和實驗結果表明,本文測量方法與雙頻法相比,測量平均值提高了70.6%,對相位的求解準確度更高;與外差法在相同的編碼條紋周期組合下進行測量,平均均方差提高68.24%,展開相位殘差曲線變化平穩(wěn),展開準確度更高,并從原理上避免了相位誤差的擴大而導致的跳變誤差。本文研究的三頻相位展開方法算法簡單、展開范圍大、抗干擾能力更強、能夠在誤差容限內無誤差展開,為模擬編碼光三維測量提供了理論和實驗基礎。
[Abstract]:3D measurement technology, due to its intelligent, convenient and rapid measurement characteristics, in industrial production, medical treatment. Space and many other fields play an irreplaceable role. Among them, the analog coded optical measurement method, represented by phase-shift method, has high resolution and high sampling density. It has become the most promising measurement method in the field of three-dimensional measurement. However, in the application of single-period analog code, high intensity difference between adjacent pixels is required, otherwise, it will lead to the problem of low anti-jamming ability. The use of multi-period analog code will lead to the same multi-point phase value. Therefore, the purpose of this paper is to improve the anti-jamming ability of analog coding light and to ensure the phase error free expansion after phase resolution. A three-frequency and multi-period analog coded optical 3D measurement method is proposed. It includes the calibration of the system combined with the gamma value and the gamma nonlinear correction which has obvious effect. Based on the existing techniques of multi-step cosine phase shift method. Multi-period analog code is used to enhance the intensity difference between adjacent pixels to reduce the quantization error and improve the anti-jamming ability. In order to solve the problem of ambiguity in the measurement of multi-period phase-shift coding, a three-frequency analog coded optical phase unwrapping model is established, the mathematical formula is derived, and the theoretical analysis is carried out. The error tolerance of the phase unwrapping method to the envelope phase is determined, the equivalent period of the three-frequency analog coded light combination is derived, and the optimal frequency combination of the coded light is given. Finally, the combined gamma value of the 3D measurement system constructed in this paper is calibrated, and the nonlinear error is corrected. The gamma calibration technique is combined with the three-frequency multi-period cosine phase shift method. The three-frequency phase unwrapping method is used to carry out the three-dimensional measurement experiment, which includes the gamma calibration and correction experiment. The three-dimensional measurement method is used to measure the plane and complex surface. According to the measurement results obtained from each experiment, the measurement method of this paper is evaluated. The theoretical analysis and experimental results show that the three dimensional measurement method is compared with the dual-frequency method and the heterodyne method. Compared with the dual-frequency method, the average value of this method is 70.6 higher than that of the dual-frequency method, and the accuracy of the phase solution is higher than that of the dual-frequency method. With the same coding fringe cycle combination, the mean mean square deviation (RMS) is increased by 68.24%, the unfolded phase residual curve changes steadily, and the expansion accuracy is higher. In principle, the jump error caused by the expansion of phase error is avoided. The three-frequency phase unwrapping method studied in this paper has the advantages of simple algorithm, large expansion range, stronger anti-jamming ability, and can be expanded without error within the error tolerance. It provides theoretical and experimental basis for analog coded light 3D measurement.
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O439

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