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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