基于频域变换的条纹图相位求解技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331205002河北工业大学硕士学位论文基于频域变换的条纹图相位求解技术研究论文作者：周舵学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：仪器仪表工程指导教师：张宗华职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentationEngineeringTHERESEARCHOFPHASEEXTRACTIONFROMFRINGEPATTERNSBAS

2、EDONFREQUENCYDOMAINTRANSFORMbyZhouDuoSupervisor:Prof.ZhangZonghuaMarch2016摘要基于结构光投影的三维形貌测量方法在工业检测、逆向工程、机器视觉和生物特征测量等领域具有广泛的应用前景。在众多相位测量轮廓术中，基于频域变换的相位解算算法用一幅条纹图便可计算条纹图相位，因此广泛应用于物体形貌的快速测量等领域。由于傅里叶变换法容易引起频谱混叠并且对噪声敏感，所以不适用于分析复杂被测物体调制的非平稳变形条纹图。针对此问题，本文引入了窗式

3、傅里叶法和小波变换法，在模拟实验和实物实验等方面对频域变换法应用于条纹图相位解算做了深入研究。为了研究相位解算算法并提供定量分析手段，本文建立了一个新的虚拟条纹投影系统。利用迭代算法精确地模拟了投射在参考面以及物体上的条纹分布，可模拟任意系统参数下投影仪投射出的变形条纹分布以及相机所拍摄的条纹图像。提出了更普遍适用的显式标定方法，以建立此虚拟系统产生的条纹图相位与物体高度之间的映射关系。虚拟实验的结果证明，此虚拟条纹投影系统相对其他现有虚拟系统具有较高的精度，并提供了很好的条纹分析、相位解算算法研

4、究和误差分析平台。本文以傅里叶变换的局限性出发，分别阐述了窗式傅里叶变换法以及小波变换法求解条纹相位的理论。在本文提出的虚拟条纹投影系统中，用重建物体的高度误差来验证傅里叶变换法的缺陷和窗式傅里叶以及小波变换的有效性和精准性。讨论并研究了窗式傅里叶变换窗口大小、多种环境下小波变换中小波函数的选择等关键技术。实验结果表明，窗式傅里叶变换与小波变换在合适的设定下在100mm测量范围内测量复杂物体表面可达到0.2mm的精度，远比傅里叶方法精确。最终通过实物实验测量，利用窗式傅里叶变换和小波变换初步实现了

5、物体形貌的高精度快速测量。关键字：虚拟条纹投影系统显式标定条纹图相位窗式傅里叶变换小波变换IABSTRACTThreedimensionalshapemeasurementtechniquebasedonstructuredlightprojectionhaspromisingprospectsinthefieldsofindustrialinspection,reverseengineering,machinevision,andbiometricidentificationetc.Basedo

6、nfrequencydomaintransform,phaseextractiontechniquecancalculatephasefromsinglefringepattern，thusiswidelyusedinrapidobjectshapemeasurement.Fouriertransformispronetocausefrequencyaliasingandsensitivetonoise.Tosolvethisproblem,thisthesisintroducesthewindo

7、wedFouriertransformandwavelettransformmethod,andpresentsthesimulationexperimentandactualexperimentontheapplicationoffrequencydomaintransformmethodforphaseextraction.Inordertostudythephaseextractionalgorithmandprovideaquantitativeanalysismethod,thisthe

8、sispresentsavirtualfringeprojectionsystem,whichcansimulatethemodulatedfringepatterndistributedonobjectsurfaceandthecapturedimagebyacamera.Agenerallyapplicableexplicitcalibrationmethodhasbeenputforwardtoestablishthemappingrelationshipbetweenthe