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1、实验六光学传感三维面形测量一、实验目的通过本实验了解投影光栅相位法的基本原理；了解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。对于非接触测量有一定的感性认识。二、实验器材LD激光器、偏振片、光纤光源、分光平片、准直透镜、正弦光栅、扩束透镜、目标物、 白屏、步行电机（配有电机控制器）、配有镜头的CCD以及干板架、支杆、套筒、导轨等辅 助器件。三、实验原理投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位-高度的转换。根据相位检测方法的不同，主要有Mo
2、ire轮廓术、Fourier变换轮廓术，相位测量轮廓术，本实验就是采用了相位测量轮 廓术。相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。 基本原理是利用条纹投影相移技术将投影 到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位， 由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高 度信息的相位。基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。四、实验装置所需器件包括：LD激光器、偏振片、光纤光源、分光平片、准直透镜、正弦光栅、扩 束透镜、目标物、白
3、屏、步行电机（配有电机控制器）、配有镜头的CCD以及干板架、支杆、套筒、导轨等辅助器件。下图给出整个实验系统光路图。五、实验步骤1光路调整，依照上图所需光路调整，使得暗箱内光学器件光轴平行2、 使用SControllerV2.3.1与Ok Demo确认步进电机与 CCD正常工作3、数据标定： 运行3DMEASUREMENT入系统操作-数据采集界面，打开步进电机（打开电移台）与CCD采集（打开图像卡），将平移台位置归零。 设置“移动步长”为 10mm，点击“设置存放位置”，选择合适的位置存放图像。 将白色挡光板放入暗香内，关闭白光光源，打开LD光源，在CCD图像上可见1白色光点，点击“获取图像”
4、，在指定文件夹内得到 image00_0 打开白光开关，关闭 LD开关，在CCD图像中得到对比度清晰的条纹像，选择相位+1，点击“获取图像”，得到image00_1 继续选择相位 +1 ，并保存图像，得到 image00_2、image00_3、image00_4、image00_5 点击步进电机“移动一步”，此时相位清0，步数+1，重复步，得到image01_0到image01_5 重复第6步2次，得到image02_X、image03_X系列图片，从image00_0到image03_5共2.3.4所示对话框。计24张图片进行标定：点击菜单“系统操作t系统标定”项，出现图标定面数相移次数移
5、动间隔设置“标定面数”、“相移次数”、“移动间隔”。标定面数是实验过程中实际采集的位置个数； 相移次数是在每一标定位置的相移次数；移动间隔是实验过程中标定面每次移动的距离(mm)，应和平移台控制区“移动步长”一致。然后点击“开始标定”按钮，出现图234对话框，选择标定图像的存储路径后， 找到已经存储的图片， 选择imageOO_O.bmp，点击“打 开”按钮，开始标定。最终得到标定文件 biaoding.txt ，存放在C盘根目录下。4、数据处理模块将目标物放入暗箱内，凹陷的一侧面对光路，重复上述至步，得到1组6张图片用于目标物轮廓恢复运行“文件- 打开”目标物存储文件夹， 会得到下图所示图片
6、，在图片上点击鼠标左键选择处理区域，所选区域一定包含质心，如下图所示。图3.8(4)再点击菜单中“系统操作t数据处理”项，出现如图所示的处理框:图3.9“相位展开”、“减掉参考面”及“高度信息恢复”按钮，进行三维重建，重建结束后，点击 “0K ”按钮退出数据处理对话框。重建结束后，可以选择菜单 “处理结果”中的命令，查看每一步计算结果。如果测量 对象是平行于参考平面的平面，可查看 “处理结果”中的结果报告，获得平面的最大值、 最小值、平均值及均方差。重建结束后，可以选择菜单“图形操作”中的命令，对图像显示区显示的图像进行放大、拉线、三维显示以及平面显示操作，每次操作后点击平面显示按钮口，显示的图像可回到灰度平面显示状态。进行图像放大操作后，如要回到原始大小，点击鼠标右键即可。点击保存命令，将得到的重建图像保存为bmp图像。
