Generalized Phase-Shifting Phase Retrieval Approach Based on Time-Domain Fourier Transform

3D Shape Reconstruction Algorithms for Modulation Measuring Profilometry with Synchronous Scanning

“…基 于 结 构 光 的 三 维 面 形 测 量 技 术 具 有 非 接 触 、 测 量 速 度 快 、 精 度 高 和 易 于 在 计 算 机 控 制 下 实 行 自 动 化 测量等优点， 已被深入研究并被广泛用于机器视觉、 自动化控制加工、 工业自动检测、 产品质量控制、 实物仿 形 、 生 物 医 学 、 三 维 成 像 和 影 视 特 技 制 作 等 领 域 [1][2][3] 。 基 于 三 角 法 的 结 构 光 三 维 测 量 技 术 主 要 包 括 相 位 测 量 轮廓术(PMP) [4][5] 和傅里叶变换轮廓术(FTP) [6][7][8] 等， 在这些基于三角测量原理的方法中， 投影光轴和观察光轴之 间 存 在 一 个 夹 角 ， 投 影 一 个 正 弦 光 栅 (直 条 纹)到 被 测 三 维 表 面 ， 从 另 一 个 方 向 观 察 到 的 是 变 形 条 纹 ， 通 过 计 算条纹的变形量重建三维面形。投影光轴和观察光轴之间的夹角越大， 变形量越大， 重建精度越高。然而， 夹角越大可能产生的遮挡和阴影问题越严重。通常， 解决这一矛盾的方法是保证必要的精度(保持投影光轴 和观察光轴之间一定的夹角)， 通过两次以上(含两次)从不同方向的测量和拼接解决遮挡和阴影问题 [9] 。与三 角 测 量 相 对 应 ， 将 投 影 光 轴 和 观 察 光 轴 重 合 的 测 量 方 法 称 为 "垂 直 测 量 " 或 "同 轴 测 量 " [10][11] 。 基 于 调 制 度 测 量 的 三 维 面 形 测 量 方 法 采 用 了 垂 直 测 量 原 理 ， 从 而 摆 脱 了 基 于 三 角 测 量 原 理 的 光 学 三 维 传 感 方 法 中 阴 影 、 遮挡等限制， 可以实现表面高度变化剧烈或不连续的物体的测量 [12][13][14][15] 。比较而言 PMP， FTP 等结构光面形测 量方法是基于三角测量原理， 具有较高的精度， 而调制度测量轮廓术是基于同轴测量原理,可以实现垂直测 量， 但精度低于三角测量。在现有的调制度测量轮廓术中， 投影的结构光对被测物进行轴向扫描， 采用傅里 叶变换(FT)对电荷耦合元件(CCD)相机同轴获取的每帧条纹图进行单独处理， 各个像素点之间的相互影响以 及 滤 波 操 作 会 导 致 物 体 细 节 信 息 的 丢 失 ， 影 响 测 量 精 度 [14][15] ； 如 果 对 每 一 扫 描 位 置 采 集 N(N≥3)帧 相 移 条 纹 图， 同利用 N 步相移方法计算调制度信息， 由于是点对点的计算， 避免了像素点之间的相互影响 [12] 。但是， 轴 向扫描和相移是分别进行的， 走走停停的断续扫描过程影响了测量速度和精度。 最近， 一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术被提出 [16] ， 其特点是相移和垂直扫描是一个连续的和…”