单条纹图三维测量关键问题研究

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1、IUllIIIIIIIlllIIIIIIIIllUlIIIIIIY2511755RESEARCHOFKEYISSUESIN3DMEASUREMENTTECHNOLOGYWITHSINGLEFRJNGEPROJECTIONADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYWANGChenxingSupervisedbyProf．DAFeipengSchoolofAutomationSoutheastUniversi

2、tySeptember2013东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：王艮坠日期：hf≥：9：塑东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、

3、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：垦』瞌导师签名：研究生签名：坠烂壶导师签名：日期：摘要光学三维测量以现代光学为基础，融计算机图像处理、信号处理等技术为一体，具有非接触、测量速度快、精度高等优点，被广泛应用于工业、医学等领域。单条纹图三维测量技术，如傅里叶变换轮廓术、小波变换轮廓术等，仅需获取一幅测量物体

4、的变形条纹图，通过对有用信息的提取和恢复即可获得物体的三维信息。单条纹图三维测量系统构成简单且易操作，可广泛用于动态物体的三维形状测量。对面形复杂程度不同的物体，如何仅通过一幅条纹图便精确提取包含物体高度信息的有效成分，成为该技术领域特有的核心问题。本文针对单条纹图三维测量中的条纹分析、噪声抑制、相位解调等关键问题，展开了系统和深入的研究，并将研究成果应用到单条纹图光栅投影测量系统中，其中，创新内容包括：11提出一种傅里叶变换轮廓术中的零频分量抑制法。在傅里叶变换轮廓术中，由条纹图背景产生的零频分量较易与基频分量产生频谱混叠，该频谱

5、混叠会给频率域的滤波带来较大困难，针对该问题，本文提出一种自适应的背景分量提取方法，从垂直、水平两个方向对条纹图进行分析处理，并将提取结果进行中值滤波，可进一步提高背景分量的提取精度，从而实现精确的零频抑制。劲提出新的自适应窗口傅里叶变换轮廓术。传统的傅里叶变换轮廓术只能处理表面变化较平稳的物体，当被测物体表面形状复杂或者含有较大高度跳变时会产生较大误差。本文讨论了傅里叶变换轮廓术中基频分量与其他分量的约束关系，根据瞬时频率可反映相位变化这一特性，提出一种自适应确定条纹信号局部平稳区域的方法，并在此基础上进行自适应窗口傅里叶变换，提

6、高了对信号的局部分析能力，从而精确地恢复相位。3)提出一种噪声辅助分析的相位提取法。由于傅里叶变换轮廓术、小波变换轮廓术等基于傅里叶分析的时频分析法在时域和频域分析中会受到海森堡不确定定理的约束，因此，基于数据驱动的经验模态分解法成为条纹分析的研究热点。本文基于希尔伯特．黄变换来分析条纹图像，结合时．频一谱分析来判断经验模态分解过程中是否存在由不连续噪声引起的模式混叠问题。当该问题存在时，提出自行设计并添加高频信号使不连续噪声变得连续，以解决模式混叠问题，使分解效率得到提高并且分解结果物理意义明确，最终实现精确的相位解调。钔提出基于

7、幅频系数噪声抑制的条纹分析法。经验模态分解采用插值法形成极值包络，易造成过度迭代及边缘效应，故本文引进基于滑动平均法的局部均值分解方法，提高局部信号的分析能力，且在信号分解的同时实现信号的解调。辅助噪声的分析方法有效，但一定程度上会造成噪声残留，经过实验观察和理论分析发现，由不连续噪声引起的模式混叠，其模式混叠位置即是噪声出现的位置，因此本文通东南大学博士学位论文过分析条纹图像中噪声的特性，提出一种简单、直接的噪声分析方法，该方法通过对分解结果的幅频特性分析，在局部均值分解过程中迭代检测并去除噪声，实现噪声的有效去除，进而使分解更加

8、合理有效，实现载频分量的有效提取。5)提出基于差分信号辅助分析的条纹分析法。为了综合解决由不连续噪声引起的模式混叠或混合信号相互作用产生的模式混叠问题，经过深入研究，本文提出构造并添加差分信号的方法，能够在综合解决两种模式混叠问题的同