Численные методы реконструкции трехмерной поверхности по многоракурсным изображениям, полученным в структурированном свете тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат технических наук Сухоруков, Константин Александрович

• Сухоруков, Константин Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сухоруков, Константин Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Численные методы реконструкции трехмерной поверхности по многоракурсным изображениям, полученным в структурированном свете»

Цель и основные задачи диссертации.8

Научная новизна работы.9

Практическая значимость работы.9

Апробация работы, публикации.10

Структура и объем работы.10

Основные положения, выносимые на защиту.10

Заключение диссертации по теме «Оптика», Сухоруков, Константин Александрович

4.13. Выводы к главе 4

Созданный программный комплекс реализует все предложенные алгоритмы и позволяет произвести реконструкцию сложных динамических объектов с большими градиентами поверхности и областями тени. Комплекс может использоваться в таких областях, как медицина, биология, оптика и других, где требуется бесконтактный способ измерения формы исследуемых объектов.

Таким образом, доказано четвертое научное положение, а именно: комплексное использование гомоморфной обработки интерференционных изображений, добавление базовой плоскости в областях с низким контрастом интерференционных картин и метода фурье-синтеза ведет к повышению точности реконструкции формы поверхности трехмерных объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения диссертационной работы были получены следующие результаты:

1. Разработан алгоритм фурье-синтеза, обеспечивающий по сравнению с обычным методом преобразования Фурье более высокое пространственное разрешение реконструируемого объекта.

2. Впервые реализовано применение итерационного алгоритма Гершберга для реконструкции топограмм, что позволяет совместно с предобработкой интерференционных изображений существенно улучшить реконструкцию поверхности объекта.

3. Создано программное обеспечение для моделирования объектов с источниками освещения и областями тени.

4. Исследованы метрологические характеристики алгоритмов фурье-синтеза и Гершберга. Экспериментально показана их эффективность.

5. Разработан алгоритм универсального метода разворачивания фазы, позволяющего восстанавливать сложный волновой фронт и не требовательного к вычислительным мощностяхм.

6. На основе разработанных алгоритмов создан программный комплекс, позволяющий решить проблему реконструкции сложных трехмерных поверхностей в структурированном свете.

Таким образом, в настоящей работе решена актуальная научно-техническая задача создания комплекса численных методов реконструкции трехмерной поверхности динамических диффузно-отражающих объектов по многоракурсным изображениям, полученным в структурированном свете, имеющая существенное значение для оптической профилометрии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сухоруков, Константин Александрович, 2005 год

1. Русинов М.М. Инженерная фотограмметрия.-М.:Недра, 1966.

2. Фототриангуляция с применением электронной цифровой вычислительной машины /А.Н.Лобанов, ' Р.П.Овсянников, В.Б.Дубиновский и др: М.:Недра,1975.

3. Изготовление трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии по данным, полученным с помощью комплекса цифровой короткобазисной фотограмметрии /А.В.Евсеев, М.М.Новиков, В.П.Якунин и др. // Оптическая техника. 1998. -№1(13).-С.50-54.

4. Kafri О., Glatt I. The Physics of moire metrology. Iwiley and Sons, New York, 1990.

5. Вест Ч. Голографическая интерферометрия. М.:Мир, 1982.

6. Голография. Методы и аппаратура. /Под ред. В.М.Гинзбург и Б.М. Степанова. -М.:Сов. Радио, 1974.

7. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Наумов А.А. Измерение поверхности трехмерных объектов методом проекции интерференционных полос //Оптика и спектроскопия.-1998.-т.85.-№6.-С. 1015-1019

8. Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.:Недра, 1968.

9. LarkinK.G.// Optics Express. -2001.- V.9. № 5. - Р.236-253.

10. Takeda.M., Mutoh К. Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3-D object shapes // Appl. Opt.- 1983. Vol. 22. - № 24. -P. 3977-3982.

11. Bone D.J., Bachor H-A., Sanderman J. Fringe-pattern analysis using a 2-D Fourier transform. II Appl. Opt. 1986. - Vol.25. - № 10. - P.1653-1660.

12. Roddier C., Roddier F. Interferogram analysis using Fourier transform techniques // Appl. Opt. 1987. - Vol. 26. - № 9 . - P.1668-1673.

13. Green R.J, Walker J.G., Robinson D. W. Investigation of the Fourier-transform Method of Fringe Pattern Analysis // Optics and Lasers in Engineering 8. 1988. - P. 29-44.

14. Morimoto Y., Seguchi Y., Higashi T. Application of moire analysis of strain using Fourier transform// Opt. Eng. 1988. - Vol. 27. - № 8. - P.650-656.

15. Burton D.R., Lalor M.J. Managing some of the problems of Fourier Fringe Analysis//SPIE Vol. 1163.- 1989.-P.149-160.

16. Jian L., Xianyu S. The application of improved Fourier transform profilometry//SPIE Vol. 1230.- 1990.-P.641-642.

17. Malcolm A.A., Burton D.R. The relationship between Fourier fringe analysis and the FFT // SPIE Vol. 1553. 1991. - P.286-297.

18. Burton D.R., Lalor M.J. Multichannel Fourier fringe analysis as an aid to automatic phase unwrapping // Appl. Opt. 1994. - Vol. 33. - № 14. -P.2939-2947

19. Lin J.-F., Su.X.-Y. Two-dimentional Fourier transform profilometry for the automatic measurement of three-dimentional object shapes // Opt. Eng. -1995.-Vol. 34.- № 11.-P.3297-3301.

20. Su X.-Y., Li J., Su W.-Y. An improved Fourier Transform profilometry // SPIE vol. 954. 1998. - P.241-244.

21. Skydan О. A., Lai or M.J., Burton D.R. Technique for phase measurement and surface reconstruction by use of colored structed light // Appl. Opt. 0 2002. Vol.41. - №. 29. - P. 6104-6117

22. Vander R., Lipson S.G., Leizerson I. Fourier fringe analysis with improved spatial resolution // Appl. Opt. 2003. - Vol. 42. - № 34. - P.6830-6837.

23. Zhang Z., Zhang D., Peng X., Ни X. Color texture extraction from fringe image based on full-field projection // Opt. Eng. 2003. - Vol. 42. - № 7. -P.1935-1939.

24. Xianyu S., Wenjing C. Fourier transform profilometry: a review //Optics and Lasers in Engineering. 2001. - V.35. - P.263-284.

25. Wenjing C., Xianyu S., Yiping C., Ligun X. Improving Fourier transform profilometry based on bicolor fringe pattern// Opt. Eng. 2004. - V.43. -№1. - P.192-198.

26. Лощилов K.E., Корнышева C.B., Вишняков Г.Н., Левин Г.Г. Трехракурсная оптическая система для измерения формы поверхности трехмерных объектов.//Научная сессия МИФИ. 2003. - т.4. - С.208-209.

27. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982. - том 1. -С.239-245.

28. Пат. 2232373. Способ оптического измерения формы поверхности трехмерного объекта (варианты) /Г.Г.Левин, Г.Н.Вишняков (Россия). Заяв. № 2003105113; Приоритет 20.02.03; Зарег. 10.07.04.

29. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Лощилов К.Е., Сухоруков К.А. Фурье-синтез трехмерной поверхности методом многоракурсной проекции полос // Оптика и спектроскопия. 2005. - т. 99., вып. 3.

30. Vishnyakov G.N., Levin G.G., Loshchilov К.Е., Sukhorukov К.А. Fourier-synthesis profilometry //The IASTED International Conference on signal and image processing. 2005.

31. Васильев В.Н., Гуров И.П. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерферометрическим системам. СПб.:БХВ. - Санкт-Петербург, 1998.

32. Bone D. J. //Appl.Opt. 1991. - V.30. - №25. - Р.3627.

33. Huntley J.M., Sandler H. //Appl.Opt. 1993. - V.32. - №17. - P.3047.

34. Cusack R., Huntley J.M., Goldrein H.T. //Appl.Opt.-1995.-V.34.-№5.-P.781.

35. Chen Curtis W., Zebker Howard A. //J.Opt.Soc.Am.-V.72.-№3.-P.4()l.

36. Ковалев А.А., Сухоруков К.А. Реконструкция формы волнового фронта при больших изменениях фазы //7-ая международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков", М.,2003.- С 148-151.

37. Ковалев А.А., Сухоруков К.А. Восстановление формы волнового фронта при больших изменениях фазы //Измерительная техника. -2004.-№4-С. 17-19.

38. Кретушев А.В., Тычинский В.П. //Квантовая электроника.-2001.-Т.32.-№ 1.-С.66.

39. Ковалев А.А., Моисеев С.В. //Измерительная техника.-2003.-№8.

40. Saldner Н.О., Huntley J.M. Profilometry using temporal phase unwrapping and a spatial light modulator-based fringe projector //Opt. Eng. 1997. -Vol.36.-№2.-P.610-615.

41. Лощилов K.E. Калибровка оптических систем для измерения формы поверхности трехмерных объектов методом проекции полос // Научная сессия МИФИ, М., 2004. - С. 234-235.

42. Шафер Р.У., Мерсеро P.M., Ричарде М.А. //ТИИЭР. 1981. - №4. -С.34-55.

43. Вишняков Г.Н., Гильман Г.А., Левин Г.Г. Восстановление томограмм при ограниченном числе проекций. Итерационные методы //Оптика и спектроскопия. 1985. - Т.58. - №2.- С. 406-413.

44. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Сухоруков К.А. Итерационный метод улучшения качества реконструкции трехмерной поверхности //Оптика и спектроскопия. 2005. - т. 99 - вып. 4.

45. Fienup J.R. //Appl. Opt. 1982.- V.21. - №15. - Р.2758-2769.

46. Roddier С., Roddier F. //Appl. Opt. 1987. - V.26. - №9. P.1668-1673.

47. Сухоруков К.А. О точности восстановления трехмерных поверхностей методом фурье-синтеза //Измерительная техника. 2005. - №5

48. Сухоруков К.А. Исследование итерационного метода улучшения качества реконструкции трехмерной поверхности //15-ая научно-техническая конференция "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", М., 2005. - С. 103-104.

49. Сухоруков К.А., Минаев B.JL, Лощилов К.Е. Метод исследования метрологических характеристик многоракурсной 3D оптической камеры //14-ая научно-техническая конференция "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", М., 2004. - С. 139-141.

50. Сухоруков К.А., Вишняков Г.Н., Левин Г.Г. Программный комплекс для измерения формы поверхности трехмерных объектов //Научная сессия МИФИ, М., 2004. - С. 232-233.