三维形貌测量中相位展开算法的研究

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

随着人类社会的发展，机器视觉，精密制造，生物医疗，3D打印等新兴技术出现，能够正确测量物体的三维轮廓的需求也日益增加，在巨大的需求下，光学三维轮廓测量技术得到了飞速的发展。而精度是光学形貌测量系统的关键，影响精度的误差源自于搭建系统时的标定过程和测量时相位的精确求解。而提取相位的方法中，无论是相移法还是傅里叶法，都运用到反正切函数，所以提取的相位都是包裹在-π和π之间的包裹相位值，要进行三维测量，需要将包裹的相位展开为真实的相位。本文的研究方向即为对相位展开算法进行研究，仿真分析各算法的解包裹性能，实验验证。

首先，综述了国内外解包裹算法的发展，分析了它们的优缺点。而后，详细介绍了结构光探测表面轮廓的原理，又介绍了其中相位提取的手段相移法，接着引出了相位展开算法，分两部分介绍了相位展开算法，路径跟踪法与路径无关法。之后，对路径跟踪算法和路径无关算法的设计，编写细节和流程进行了分析介绍，根据流程编写了一维扫描算法、枝切法与质量图法，还有离散余弦变换(DCT)和加权预共轭梯度法(PCG)，为后续测试算法提供了可能。再后，又介绍仿真程序的原理和思想，设计编写了仿真程序，并加入断裂、阴影的影响因素，由仿真测试了断裂面和阴影对路径跟踪算法与路径无关算法的影响。最后，对试验系统进行了标定，重新确定了三维重建的参数信息；最后使用参数信息，以及已经搭好的相移成像装置，进行条纹像的拍照，实验验证算法的优劣。

关键词：激光三维探测；相移法；MEMS扫描投影；解包裹

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