Chinese Optics, Volume. 17, Issue 1, 1(2024)
On-machine detection technology and application progress of high dynamic range fringe structured light
![Schematic diagram of monocular structured light measurement principle[8]](/Images/icon/loading.gif){kind=icon}
Fig. 1. Schematic diagram of monocular structured light measurement principle[8]
Fig. 2. Schematic diagram of structured light on-machine detection
Fig. 3. Architecture of on-machine detection system of structured light
Fig. 7. Fringe reflection setup in on-machine surface measurement system[30]
Fig. 8. Experimental device diagram of large diameter parabolic reflector[31]
Fig. 10. Schematic diagram of brightness attenuation in different channels of color image[51]
Fig. 11. The measurement results of dynamic objects by Liu’s method[53]
Fig. 12. The measurement results of tiny reflective objects by Hu’s method[60]
Fig. 13. On-machine detection equipment with structured light in EBAM machine tool[70]
Fig. 14. High dynamic range fringe pattern improvement network[72]
Table 1. Classification of three-dimensional visual measurement technology
View tableView in ArticleTable 1. Classification of three-dimensional visual measurement technology
视觉测 量分类 是否投 射光源 具体分类 特点 被动视 觉测量 否 单目视觉测量 基于图像聚焦程度完成三维重建，多用于显微视觉测量中。 双目视觉测量 根据三角测量原理实现三维重建，应用于双目立体摄像头。 多目视觉测量 增加辅助相机，通过光束平差提高测量精度。 主动视 觉测量 是 点扫描式 激光器投射光点，根据光标中心坐标和标定数据进行重建，测量效率低。 线扫描式 激光器投射光条代替光点，提高效率，广泛应用于激光扫描仪中。 面扫描式 通过投影仪投射二维结构光，单次投射覆盖区域大，测量效率最高。
Table 2. Comparison of HDR technologies based on hardware devices
View tableView in ArticleTable 2. Comparison of HDR technologies based on hardware devices
HDR技术 额外硬件 测量精度 参考文献 相机曝光 无 MAE<0.1 mm [ 13 ,17 ]偏振滤光片 偏振片 MAE<0.1 mm [ 23 -24 ]相位偏折术 LCD显示屏 MAE<0.001 mm [ 27 ,30 -31 ]光度立体法 多个光源 MAE<0.01 mm [ 37 -38 ]
Table 3. Comparison of HDR technologies based on fringe algorithm
View tableView in ArticleTable 3. Comparison of HDR technologies based on fringe algorithm
HDR技术 算法思路 算法复杂程度 测量精度 参考文献 调整条纹强度 逐像素改变条纹灰度值 中 MAE<0.03 mm [ 39 ,44 -45 ]颜色信息 颜色通道分离 高 PAE<0.03 rad [ 48 ,49 ]图案编码、解码 增加相移步数、多频条纹 低 PAE<0.02 rad [ 52 ,55 ,57 ]智能算法 神经网络处理高光图像、预测相位 高 RMSE<0.06 mm [ 70 ,72 ]
Table 4. Summary of various HDR measurement technologies
View tableView in ArticleTable 4. Summary of various HDR measurement technologies
HDR技术 优点 缺点 光线条件 适应性 系统硬件设备 检测效率 加工在机检测 相机曝光 无需添置额外硬件、无后续其他处理。 选择曝光时间具有一定盲目性，需多次测量合成最优数据。 单次曝光适应性较差，多重曝光适应性好。 简单 差 不适用 偏振滤光片 额外硬件较为简单、无其他复杂算法。 单偏振通道易降低整体图像的SNR，使用多个偏振通道时，需多次调整偏振片角度合成最优数据。 单通道适应性较差，多通道适应性好。 单通道简单，多通道较复杂。 差 不适用 相位偏折术 适用于类镜面物体的测量，测量精度高，无其他复杂算法 空间摆放位置受限制，不适用于金属等反光件。 好 简单 好 适用（镜面、类镜面工件） 光度立体法 利用多照明系统实现视角补盲 建立的反射模型不具有普适性。 好 复杂 好 不适用 调整条纹强度 逐像素调整图像亮度，条纹图像具有较高的SNR 对于场景和反射区域的标定需投射多组条纹确定映射关系，算法的效率需依靠投影仪的帧率决定。 好 简单 好 （配合高速投影） 适用（配合高速投影） 颜色信息 算法简单，无其他复杂算法 对于带有颜色和纹理特征的被测物，测量精度会受到影响。 好 简单 好 适用 图案编码、解码 算法简单 增加条纹频率和相移步数，影响了测量的效率，且测量精度较低。 差 简单 差 不适用 智能算法 测量效率高，可以实现动态测量 算法复杂，成本较高，需要高度定制的训练样本。 好 简单 好 适用
Get Citation
Copy Citation Text
Ze-long LIU, Mao-yue LI, Xin-yuan LU, Ming-lei ZHANG. On-machine detection technology and application progress of high dynamic range fringe structured light[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 1
Category:
Received: Apr. 16, 2023
Accepted: --
Published Online: Mar. 28, 2024
The Author Email:
