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第1章 绪论1

1.1概述1

1.2光学轮廓术回顾2

1.3非相干光学轮廓测量系统的组成8

1.3.1光源和光学投影系统10

1.3.2图像采集系统12

1.3.3机械、电控系统及软件系统15

第2章 二维及二维半光学轮廓测量技术27

2.1概述27

2.2二维轮廓测量技术28

2.2.1图像预处理算法28

2.2.2图像边缘检测与提取算法32

2.2.3标定算法33

2.2.4轮廓曲线拟合算法38

2.2.5误差分析42

2.3二维半层去图像法测量技术43

2.3.1层去图像法测量系统的工作原理44

2.3.2层去图像法测量系统的技术要求45

2.3.3层去图像法测量系统的关键实现技术46

2.3.4层去图像法测量精度的影响因素55

第3章 三维空间域图像测量技术59

3.1概述59

3.2立体视差摄影测量法的原理60

3.2.1立体视差测量系统60

3.2.2改进的直接线性变换算法63

3.2.3实用的自动立体摄影测量算法67

3.2.4同名点坐标的自动求取方法68

3.3实验测量系统71

3.4系统参数和精度分析83

第4章 光切法三维轮廓测量技术93

4.1概述93

4.2点结构光测量原理94

4.3光切法三维测量原理96

4.3.1光切法基本测量原理96

4.3.2光切360°三维轮廓测量原理98

4.3.3测量精度及编码失效现象98

4.3.4双三角并联的光切法三维轮廓测量原理99

4.3.5光切法三维测量系统的基本组成102

4.4光学编码与信息提取103

4.4.1高斯光束柱面反射展成法生成线结构光103

4.4.2编码信息提取107

4.5测量系统的标定108

4.6激光线扫描三维形面测量系统的设计111

4.6.1机械系统的结构112

4.6.2基本测量方式及数据合成112

4.6.3系统设计114

4.6.4载物台回转中心的确定117

4.7多视测量与数据拼接121

4.7.1“三点法”测量与数据拼接的原理121

4.7.2“三点法”测量数据拼接应用实例124

4.8影响测量性能的主要因素125

4.9光切法三维轮廓测量127

4.9.1测量系统简介127

4.9.2测量实例127

第5章 单频光栅编码的三维轮廓测量技术130

5.1概述130

5.2强度调制傅里叶变换相位测量130

5.2.1相位与高度的关系132

5.2.2离散傅里叶变换133

5.2.3变形虚拟光栅图的离散傅里叶变换134

5.3强度调制变形光栅图像的分析135

5.3.1频谱混叠和泄漏对解调的影响135

5.3.2背景光和反射率对频谱的影响136

5.3.3待测物体高度分布对频谱的影响136

5.4单频率强度调制的相位解调137

5.4.1相位解调137

5.4.2相位解调精度分析138

5.5单频光栅编码的应用实例139

第6章 变频光栅编码的三维轮廓测量技术143

6.1概述143

6.2双频光栅测量方法143

6.2.1双频光栅编码技术的原理143

6.2.2虚拟复合光栅测量的原理及实验145

6.3变频光栅测量方法147

6.3.1变频光栅编码技术的原理147

6.3.2测量系统的标定148

6.3.3变频光栅编码技术150

6.4ATOS光学扫描仪的工作原理与系统标定152

6.4.1ATOS测量系统的工作原理152

6.4.2ATOS扫描头的标定方法153

6.4.3扫描测量实例156

第7章 正弦结构光编码的三维轮廓测量技术158

7.1概述158

7.1.1空间条纹扫描相位检测158

7.1.2相移技术159

7.2正弦结构光编码的莫尔条纹图的形成与分析160

7.2.1莫尔条纹图的形成160

7.2.2莫尔条纹图的参数164

7.2.3莫尔条纹轮廓166

7.2.4莫尔条纹的傅里叶分析方法167

7.3正弦结构光测量物体三维轮廓的莫尔法173

7.3.1阴影莫尔法174

7.3.2相移阴影莫尔法178

7.3.3投影莫尔法183

7.4基于正弦结构光编码的相移三维物体面形测量技术185

7.4.1概述185

7.4.2基本原理186

7.4.3光学结构分析187

7.4.4正弦光场的产生190

第8章 线性结构光编码的三维轮廓测量技术194

8.1概述194

8.2线性编码的三维面形相位求解原理195

8.2.1单边线性编码的准外差计量原理195

8.2.2利用3个采样值的对称双边线性编码的准外差计量原理199

8.2.3相位展开202

8.3三维物体面形测量系统的测量原理205

8.3.1三维物体面形测量系统205

8.3.2空间交叉轴系统的测量原理207

8.3.3空间异面光轴系统的测量原理210

8.4测量系统标定214

8.4.1系统标定概述214

8.4.2间接平差法标定215

8.4.3相位差空间局域标定法223

8.5系统性能分析、仿真及三维面形的自动测量225

8.5.1测量系统的性能分析225

8.5.2系统仿真227

8.5.3线性编码的三维物体面形自动测量232

第9章 彩色光栅编码的三维轮廓测量技术240

9.1概述240

9.2彩色编码光栅直接分析法三维轮廓测量技术241

9.2.1测量原理241

9.2.2数字编码方法241

9.2.3解码方法243

9.3基于彩色复合光栅投影的三维轮廓测量技术245

9.3.1相位法的基本原理245

9.3.2基于彩色复合光栅的三维轮廓测量方法的基本原理246

9.3.3相位展开算法247

9.3.4变形光栅中的频谱混叠248

9.3.5模拟分析与实验250

参考文献252