窗口傅立叶变换在三维面形测量中的应用

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光学三维传感在机器视觉、实物仿形、工业自动检测、产品质量控制、逆向工程、生物医学等领域具有重要的意义和广泛的应用前景。傅立叶变换轮廓术作为一种主动光学三维传感方法,因其具有单帧获取,全场分析和高分辨率等优点,而受到人们广泛关注。由于傅立叶变换轮廓术涉及傅立叶变换和频域滤波等运算,如何减少频谱混叠、提高测量精度一直是这种方法应用过程中的关键问题。 由于窗口傅立叶变换(WFT)具有局部分析能力,人们已将窗口傅立叶变换用于提取变形条纹图中包含的有用基频信息来恢复物体的三维面形。其基本思想是:用一个移动的窗口把整个条纹区域划分成许多局部条纹段,对每一局部条纹段作傅立叶变换得其局部频谱,再把所有局部频谱叠加起来得到整个变形条纹的频谱分布。由于局部频谱更简单,因而更不容易发生频谱混叠。本文利用窗口傅立叶变换(WFT)在空域中直接对变形条纹进行处理,提取调制在变形条纹中的由物体高度变化引起的位相分布。避免了以往窗口傅立叶变换(WFT)提取基频时,对每一个局部频率都需要进行滤波的过程。所以本文提出的方法提高了处理过程中的自动化程度。为了消除噪声对测量的影响,通过“门限”去噪的方法,能够有效地抑制噪声对测量精度的影响。 针对窗口傅立叶变换处理过程中,对于高斯窗在条纹图边缘的不完整而产生的误差,提出了采用Gerchbergi迭代法对条纹进行外插延拓,扩大窗口傅立叶变换处理的有效区域范围,进而改善窗口傅立叶变换的测量精度。 计算机模拟和实验结果表明,对于有频谱混叠和噪声影响的情况,窗口傅立叶变换方法可以得到更好的恢复效果。从而为三维面形测量提供了一种新的处理手段。
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