摘要
现代加工与制造技术正朝着高精度、高效率和低成本方向发展。光学三维形貌测量技术具有测量效率高、测量范围大、非接触测量等优势，在现代工业测量中有广泛的应用。数字相移结构光技术作为光学三维测量中的典型代表，是目前高速高精度测量方向的一大研究热点。本文基于现有数字相移结构光技术，对传统的相移方法进行了改进，并对改进算法进行了误差分析，提高了数字相移结构光技术的测量效率。 首先，对数字相移测量中的经典的包裹相位求解算法与相位展开算法进行介绍和对比。Carré算法是一种经典的具有任意步长的包裹相位求解算法，它对相移误差导致的相位误差有良好的抑制作用。传统的Carré算法可以直接计算出包裹相位和相移步长，但需要与多频相位展开算法结合才能得到绝对相位，导致所需的相移图像数量增加，降低了测量速度。针对这一问题，本文提出了一种少图片张数的改进型算法。该改进算法将传统的Carré算法中的相移步长编码成连续线性变化的变量，再利用它进行相位展开。进而通过绝对相位值与系统标定参数得到物体高度信息。由于变相移步长的引入，改进型算法仅仅需要四张图像就可以获得绝对相位。本文通过实际测量分析，验证了该提出的改进型Carré算法的高精度、高效率的性能以及良好的鲁棒性。 其次，针对数字测量系统中的投影仪Gamma畸变导致的非线性测量误差，对改进Carré算法的非线性误差进行分析和仿真，得到了改进的算法中相位和相移步长的误差的解析式。对两者的误差进行仿真后，利用误差的周期特性，提出了一种针对Carré算法的逆向误差补偿算法，该算法仅需要多投影四张灰度光栅条纹图，即可同时对相位和相移步长的误差进行逐点补偿。 最后，本文搭建了单目结构光测量系统，对比了补偿前与补偿后的物体三维重建结果，并对误差值进行了量化分析，实验结果证明本文提出的方法可以有效地提高重建效率和精度。
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