结构光量测与相位展开-建国科技大学机械工程系暨制造科技研究所.PDFVIP

結構光量測與相位展開 指導老師：張曜庭 組員：洪建洲 劉冠賢 洪智傑陳絹縈 李俊杙張馨方 建國科技大學 機械工程系 一、簡介： 正弦結構光應用於表面輪廓之量測，具有非接觸性、非破壞性與全場分析等優點，並 不受限於量測環境的要求，可以在夜間露天實施檢測。本系統的光源來自單槍投影機，以 電腦模擬出正弦結構光，直接投射在物體表面， CCD 將拍攝的圖像透過影像擷取卡，匯 入電腦並以 labview7.1 做分析，配合相移技術先把四張圖像作反正切運算，再濾波消除過 多的雜訊，對於形貌不連續或相位斷裂情形，研究出一套分支切割技術的方法，最後利用 像素型與區域型相位展開出物體表面 3D 輪廓。 二、動機： 待測物體的表面輪廓如果太大時，很難用傳統的量測方式做輪廓值的檢驗，因此無法 與原始設計作比較，可能造成的問題是與實際尺寸差異頗大，失去原始設計的精度要求； 我們將使用光學檢測方法，以非接觸、非破壞與全場分析將物體各部輪廓重建，再經過圖 像接合方法，逐步建構出物體表面輪廓的外形。 三、功能： 光學檢測的方法透過實驗架設與影像擷取，每種方法都可得到黑白相間的光強條紋 圖，它所代表的物理意義是物體表面形貌變化的資訊，還必須經過相移技術與相位展開， 才能還原高低起伏的表面輪廓。 四、特色： 近年來由於影像處理技術的進步以及電腦運算速度的提升，使得光電檢測與影像處理 技術整合，只需要把光學檢測時拍攝到的幾張圖像，藉由 CCD 與影像擷取卡取樣，然後 匯入到電腦存檔，後續繁雜的數學運算可以在實驗室由多台電腦同時進行，大大降低實物 量測所需的時間。 五、原理： 將結構光投射到物體表面，再用 CCD 拍攝受物體表面影響的變形結構光圖像，分析 該圖像後可得到三種資訊： 1.根據三角測量原理，可計算出結構光落在物體表面至 CCD 的距離。2.結構光若有變形，可計算出物體表面的形狀變化。3.結構光不連續時，表示物 體表面有裂縫或瑕疵。結構光的優點是可以處理大量的投射面積，配合相移與相位展開， 直接電腦模擬出物體表面輪廓。 六、設備： 本實驗硬體是 Intel Dual-Core CPU E6500 2.93GHz 等級個人電腦，記憶體 1.96GB RAM ，影像擷取卡National Instruments PCI-1407 ，黑白數位攝影機Sony XC-ST50 ，單 槍液晶投影機 Panasonic PT-LB51U ，實驗軟體是Windows XP 和 Labview7.1 。 七、運用時機： 如果在量測物體表面輪廓太大時，可以使用結構光展開方法，減少量測上的困難。 八、指導老師評語： 結構光指的是有特定模式的光，包括點結構光、線結構光、平行線結構光、網格結構 光，結構光的原理是將結構光投射到物體表面，再用 CCD 拍攝受物體表面影響的變形結 構光圖像，分析該圖像後,可得到待測物體表面的資訊。本專題利用單一 CCD 鏡頭方式， 連續投射 4 張平行線結構光，再經過相移技術可得到包裹相位圖，相位因為反正切計算被 包裹在-~+之間，再利用像素型相位展開還原物體表面輪廓。 結構光方法因為單槍投影機的解析度會影響到量測的品質，非線性的投射會造成投射 邊緣處的數值不正確，因此必須大面積的投射，取中間部位的子矩陣來分析，才能降低其 誤差率，以 Sony XC-ST50 的像素點 480640 為例，我們都取 200200 的子矩陣，最主要 目的是減少相位展開的時間約，並刪除靠近影像邊緣的奇異點，實驗結果都可以處理低雜 訊的結構光包裹相位圖。 九、業界認證： 公司名稱：清聖機械有限公司 負責人：洪泰陽