相位偏折术原理概述
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相位偏折术原理概述
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相位偏折术是一个比较冷门的方向,主要用于测量镜面物体。一直以来,干涉法都是测量镜面最佳方法,精度可以达到波长的几百分之一,但是有一些局限性:- 测量自由面型的镜面物体时,干涉法所需要的光学补偿原件制作复杂且昂贵;
- 回程误差,干涉法很难快速标定;
- 测量环境苛刻,不适合干涉法测量,因为轻微抖动、温度变化,会给测量记过带来很大误差;
- 标定相机,以及屏幕、相机位置关系
- 使用屏幕投影条纹(结构光使用投影仪)
- 解码获取表面梯度(结构光直接获取高度)
- 梯度积分获取高度信息
01 原理
单相机PMD系统如图1所示,系统由LCD显示屏、CCD相机和计算机组成:图1 PMD系统示意图 [1]简单原理:- 显示屏显示计算机生成的结构光条纹;
- 相机通过待测镜面表面拍摄显示屏上条纹的镜像;
- 如果镜面表面不平整的话,则拍摄到的条纹会产生相应的变形;
之后的重建步骤:近似条件:我们认为,待测物体的高度要远小于,在点处待测镜面和参考面位置的高度点是完全一致的,忽略了这部分误差,认为相位仅仅与镜面表面梯度相关。
- 相位的获取原理跟结构光相类似
- 根据相位获取梯度
- 在获取了梯度之后,对 x,y方向分别沿路径进行积分
说明:这篇文章目的仅仅是对相位偏折术的核心原理做个概略性的介绍,完整的推导并未介绍,更多的细节请查看相关论文。
02 特性
相比较来说,PMD有以下优势:图3 振动对梯度测量的影响 [1]因为我们测量的是平面,即零频项信息,其是不包含梯度的,该项的变化不会引起反射光线角度的变化。- 对系统随机误差不敏感,因为积分的累积效应,使得随机噪声在积分过程中被很大程度抑制。
- 获得更准确的曲率信息:
- 计算曲率是检测面形缺陷的重要手段,梯度测量法仅仅需要对获得的梯度求一阶导数就可以获得曲率;
- 而直接的高度测量方法则要二阶导数才能获得曲率,计算二阶导数会丢失更多的信息,计算得到的曲率较为不准确;
- 只能测量连续的镜平面;
- 积分过程引入误差;
03 参考文献
[1] 基于光学三维成像的镜面物体表面质量检测方法研究 [博],吴雨祥备注:作者也是我们「3D视觉从入门到精通」特邀嘉宾:一个超干货的3D视觉学习社区本文仅做学术分享,如有侵权,请联系删文。下载1在「3D视觉工坊」公众号后台回复:3D视觉,即可下载 3D视觉相关资料干货,涉及相机标定、三维重建、立体视觉、SLAM、深度学习、点云后处理、多视图几何等方向。下载2在「3D视觉工坊」公众号后台回复:3D视觉github资源汇总,即可下载包括结构光、标定源码、缺陷检测源码、深度估计与深度补全源码、点云处理相关源码、立体匹配源码、单目、双目3D检测、基于点云的3D检测、6D姿态估计源码汇总等。下载3在「3D视觉工坊」公众号后台回复:相机标定,即可下载独家相机标定学习课件与视频网址;后台回复:立体匹配,即可下载独家立体匹配学习课件与视频网址。重磅!3DCVer-学术论文写作投稿 交流群已成立
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