[发明专利]基于光纤二维组合编码结构的混频莫尔图像生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光测量技术，特别涉及一种基于光纤二维组合编码结构的 混频莫尔图像生成方法。

背景技术

在物体三维面形测量中，结构光测量技术中的傅里叶变换轮廓术是一种方 便、快捷的测量方法。在此基础上发展起来的双频、变频、混频技术使得相位 展开由空域变为时域，普通的空域相位解包裹方法会因相位级数无法确定而导 致高度测量失真，而且测量误差会扩展，而时域相位展开方法可获得每个像素 点的独立相位，不仅相位的不确定性通过数据融合得到修正，而且相位展开是 在每个像素点上独立进行，可以有效地避免误差传递，由此可以解决截断相位 去包裹的难题，并且可以精确测量物体突变部分的高度，它不仅适用于测量渐 变面形的物体，而且更适用于阶跃面形的物体。在上述利用时域相位展开方法 的结构光投影方式中，混频图像投影最具优势，它只需要一幅图像就可以解调 相位，完全满足了动态与实时测量的要求，为进一步的实际应用研究奠定了基 础。为此，发展混频投影技术是解决各种实际问题的关键。

发明内容

本发明是针对一维混频图像对物体突变方位的限制及三维面测量中失真的 问题，提出了一种基于光纤二维组合编码结构的混频莫尔图像生成方法，实现 了全方位测量，对于复杂的面形突变物体具有明显的优势。它利用双向的时间 相位展开和信息融合，提高了测量精度，保证了测量的可靠性和实时性，同时 光纤传感探头小巧灵活、成本低廉。

本发明的技术方案为：一种基于光纤二维组合编码结构的混频莫尔图像生 成方法，方法包括如下步骤：

1)在光场生成器中，由多根光纤在互相垂直的方向上进行二维布阵；

2)在LD光源与光场生成器之间加有至少一个1×3型光纤耦合器和至少一个FC 光纤连接器，在两个互相垂直的方向上分别选取需要的光纤组合；

3)多光纤干涉形成的混频莫尔图像投射到被测物上，再反射到CCD上接收图像；

4)CCD接收的图像送入计算机中进行数据处理。

所述光场生成器中的光纤端面布设时，光纤可以紧密排列，也可以设置不 同的间距参数；光纤可以布设成T字型，也可以布设成十字型。

所述LD光源可以是双波长LD光源或双光源。

本发明的有益效果在于：本发明基于光纤二维组合编码结构的混频莫尔图 像生成方法，解决复杂的阶跃物体面形测量问题的一种方法，通过对多光纤的 布阵，实现了光场生成器的高效性，同时一帧图像具有二维混频信息，保证了 全方位、动态、实时测量的要求，技术简单，易实现。所采用的光纤材料和器 件均为标准光纤通信元件，成本低，易获得，便于推广。

附图说明

图1为本发明基于光纤二维组合编码结构的混频莫尔图像生成方法实验测量系 统框图；

图2为本发明基于光纤二维组合编码结构的混频莫尔图像生成方法中光场生成 器端面图。

具体实施方式

该方法通过由多根光纤在互相垂直的方向上进行二维布阵的光场生成器， 来实现多光纤干涉，从而得到二维混频莫尔干涉图像。

本发明方法的基本原理是基于多光纤干涉和信息融合原理。系统如图1所 示，LD光源10连接FC连接器11，FC连接器11再与1×3型光纤耦合器12相连， 1×3型光纤耦合器12与FC连接器13相连，光场生成器14中的多根单模光纤 的一端与FC连接器13相连，另一端布设成二维组合编码结构，根据需要我们 可以选取不同组合的三光纤进行干涉，干涉光场投影到被测物15上，反射到 CCD16上接收图像，最终图像送入计算机17中进行数据处理。我们可以利用双 波长LD光源10，在互相垂直的方向上得到两套独立的混频图像的叠加图，然后 通过傅里叶变换，在频域中分别对两个方向进行数据处理，再通过信息融合技 术，对物体形变过程(如扭转、膨胀、收缩等)及物体离面的几何尺度实现全 方位、动态、实时测量。

在此光场生成器14中，由多根光纤在互相垂直的方向上进行二维布阵，如 图2所示光场生成器端面图，根据测量条件及待测物体的不同，可以在两个互 相垂直的方向上分别选取不同的三光纤组合，如选光纤2、3、7和光纤2′、3′、 7′来实现三光纤干涉，从而得到多种所需的二维混频莫尔干涉图像。该系统中LD 光源10与光场生成器之间加有两个1×3型光纤耦合器12及多个FC光纤连接器 11、13，便于在互相垂直的方向上按需选取两组光纤，生成二维混频莫尔图像。