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光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正

张旭 邵双运 祝祥 宋志军

张旭, 邵双运, 祝祥, 宋志军. 光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正[J]. 中国光学, 2018, 11(1): 123-130. doi: 10.3788/CO.20181101.0123
引用本文: 张旭, 邵双运, 祝祥, 宋志军. 光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正[J]. 中国光学, 2018, 11(1): 123-130. doi: 10.3788/CO.20181101.0123
ZHANG Xu, SHAO Shuang-yun, ZHU Xiang, SONG Zhi-jun. Measurement and calibration of the intensity transform function of the optical 3D profilometry system[J]. Chinese Optics, 2018, 11(1): 123-130. doi: 10.3788/CO.20181101.0123
Citation: ZHANG Xu, SHAO Shuang-yun, ZHU Xiang, SONG Zhi-jun. Measurement and calibration of the intensity transform function of the optical 3D profilometry system[J]. Chinese Optics, 2018, 11(1): 123-130. doi: 10.3788/CO.20181101.0123

光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正

doi: 10.3788/CO.20181101.0123
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51275035

详细信息
    作者简介:

    张旭(1990—), 男, 天津人, 硕士研究生, 2010年于天津工业大学获得学士学位, 主要从事光电检测方面的研究。E-mail:14121630@bjtu.edu.cn

    邵双运(1972—),男,河南平顶山人,博士,副教授,主要从事光学三维测量技术及应用等方面的研究。E-mail:shao_sy@tom.com

  • 中图分类号: TH744;TP391.4

Measurement and calibration of the intensity transform function of the optical 3D profilometry system

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51275035

More Information
  • 摘要: 由于数字光栅投影仪的光强传递函数对于正弦投影条纹的质量以及相位测量精度起着至关重要的作用,本文提出了一种校正光学三维扫描仪光强传递函数的新方法。首先,分析了由于投影仪非线性响应引起的光栅谐波的相位测量误差;然后,通过投影一组不同灰度级的图像,并利用光功率计测出数字投影仪投出图像的亮度。接着,通过分析得到数字投影仪的非线性响应特性曲线,再经过数据处理,即可获得投影仪的光强传递函数;最后,对光强传递函数进行反函数逆变换,得到一个校正后的非正弦光栅,利用投影仪对该光栅的投影即可在被测物体表面上获得一个正弦光栅。数字投影仪对标准平板的测量结果表明,校正前平均误差为0.71 mm,校正后为0.55 mm;对于标准量块的测量,校正前的平均误差为0.62 mm,校正后为0.15 mm。上述结果表明,本文提出的方法可以减小由于系统非线性响应引起的测量误差并提高测量精度。
  • 图  1  光学扫描仪系统结构图

    Figure  1.  Structure of optical profilometry system

    图  2  光强传递函数校正流程

    Figure  2.  ITF′s calibration process

    图  3  信号传递过程示意图

    Figure  3.  Signal transfer process

    图  4  数字投影系统归一化光强传递函数曲线

    Figure  4.  Normalized ITF curve of digital projection system

    图  5  反函数曲线(即:数字投影系统光强校正函数曲线)

    Figure  5.  Inverse function curve(namely ITF′s calibration curve of digital projection system)

    图  6  校正后LCD投影仪线性输出

    Figure  6.  Linear output of LCD projector after calibration

    图  7  灰度校正结果

    Figure  7.  Gray level calibration results

    图  8  误差对比

    Figure  8.  Error comparison

    表  1  反函数数值解表

    Table  1.   Numerical solutions of inverse function

    归一化的输出功率 归一化的输入灰度 归一化的输出功率 归一化的输入灰度
    0 0.082 0.542 0.730
    0.042 0.227 0.583 0.756
    0.083 0.310 0.625 0.781
    0.125 0.373 0.667 0.805
    0.167 0.425 0.708 0.828
    0.208 0.471 0.750 0.851
    0.250 0.512 0.792 0.873
    0.292 0.549 0.833 0.894
    0.333 0.584 0.875 0.916
    0.375 0.616 0.917 0.937
    0.417 0.647 0.958 0.957
    0.458 0.676 1 0.977
    0.500 0.704
    下载: 导出CSV

    表  2  标准平板测量结果

    Table  2.   Measurement results of standard panel

    (mm)
    1 2 3 4 5 6 7 8 9
    标准 0 20 40 60 80 100 120 140 160
    校正前 0.11 18.67 39.16 59.33 79.50 101.02 119.35 138.84 160.10
    误差 0.11 1.33 0.84 0.67 0.50 1.02 0.65 1.16 0.1
    校正后 -0.29 21.22 39.73 60.08 79.86 101.05 119.17 140.89 160.22
    误差 0.29 1.22 0.27 0.08 0.14 1.05 0.83 0.89 0.22
    下载: 导出CSV

    表  3  标准量块测量结果比较

    Table  3.   Measurement results of standard block

    (mm)
    项目 校正前结果 校正后结果
    面1位置 37.08 36.16
    面2位置 25.50 24.11
    高度差 11.58 12.05
    绝对误差 0.62 0.15
    相对误差 5.08% 1.23%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-11
  • 修回日期:  2017-11-16
  • 刊出日期:  2018-02-01

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