结构光投影测量中不确定度建模及定量分析
批准号:
52075100
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
孔令豹
依托单位:
学科分类:
加工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孔令豹
中文摘要
结构光投影测量可实现快速非接触三维精密测量,广泛用于工程检测领域尤其是智能制造中的在线测量,然而目前国际上尚未建立评估该测量技术不确定度的标准,阻碍该技术在高精度测量领域的进一步发展。本项目将深入研究结构光投影测量不确定度。针对测量误差影响因素繁多且复杂等导致的建模困难问题,采用控制变量法研究各主要影响因素与投影结构光测量不确定度之间的量化关系,基于蒙特卡罗法(MCM)建立适用于结构光投影测量系统不确定度计算的数学模型;利用MCM不受非线性模型限制、计算过程简便以及更适合计算机模拟等优点,对基于《测量不确定度表示指南》(GUM)的评估结果进行验证和补充,提高结构光投影测量不确定度数学模型的鲁棒性;发展一种针对结构光投影测量系统的校准方法对其测量结果进行评估,为结构光投影测量系统的实验设计、参数选取和性能评估提供标准参考和指导。研究将促进结构光投影测量成为一项完整的测量技术,拓展其应用前景。
英文摘要
Digital fringe projection (DFP) technology can realize rapid, noncontact precision 3D measurement, which has been adopted in the applications of various engineering inspection fields especially the production online measurement in intelligent manufacturing. However, there is still a lack of international standard for measurement uncertainty by DFP, which hampers the further development of DFP in high precision metrology. The present study aims to investigate uncertainty of DFP measurement. Due to the numerous, diverse and complex factors that affect the measurement results which lead to the difficult modelling, control variates method is employed to study the quantitative relations between the influence factors and measurement uncertainty of DFP. Monte Carlo method (MCM) is used to mathematically model the measurement uncertainty of DFP. Taking the advantages of MCM such unconstrained nonlinear model, convenient computation, feasible simulation by computer, etc., MCM is used to evaluate and supplement the results based on Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) and hence improve the robustness of the mathematical model of uncertainty for DFP measuring system. The project also will develop a calibration method to evaluate the measurement results by DFP, and thereafter provide the guide for experimental design, parameter selection, and performance evaluation for DFP measuring system. The proposed research will advance the development of DFP measurement to be a complement technique, and therefore expand its application prospects.
测量不确定度分析是使结构光投影测量过程完整的关键步骤,也是指导系统设计以及误差补偿研究的重要基础。如何建立测量不确定度模型、设计测量不确定度计算方案、确定影响测量不确定度的显著因素以及如何对系统标定、相位求解、物体高光、无效点等显著不确定度因素进行有效的补偿和校准是科研与应用领域相关工作者共同关心的问题。本项目针对条纹投影测量系统,基于误差溯源的不确定度建模方式,提出了基于虚拟结构光系统仿真方法与蒙特卡洛法(MCM)的不确定度计算方案,并对显著不确定度因素进行了有效校准和补偿。.项目取得的主要研究成果包括:(1)提出了基于虚拟测量系统与自适应蒙特卡洛法(AMCM)的结构光投影测量不确定度分析方案。该方法提供了分析结构光投影系统不确定度的新思路,为确定影响测量不确定度关键因素,以及后续的误差补偿和精度提高提供理论依据;(2)针对系统标定这一显著不确定因素,提出了基于常用待测物的条纹投影系统外参校准方法。通过优化和补偿,平面重建的RMS误差降低了约60.6%,球面重建的RMS误差降低了约49.4%,重建精度大大提升;(3)针对相位求解这一显著不确定因素,提出了基于掩模信息的条纹投影系统的gamma校正方法。经过校正后,相位中的高频误差被有效抑制,提高了重建精度;(4)针对无效点干扰这一不确定因素,提出了基于高斯混合模型的无效点识别和去除方法,实现了在不同测量场景下准确识别和去除无效点,提高重建质量;(5)针对待测物体这一不确定因素,提出了一种基于曝光选择和条纹分析网络的单帧高适应性三维测量方法。该方法采用两个卷积神经网络进行训练和三维测量,获得最优曝光时间,解决单帧三维测量中高适应性问题,以及实现单帧高适应性三维测量。.通过本项目的实施和研究目标的达成,对结构光测量结果的准确性提高、完备参数评估体系,以及结构光测量系统的光学系统优化设计、仪器设备开发以及误差补偿等,都具有重要理论参考和应用价值。
基于暗场散射飞行时间的微细特征精准检测机理研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2023
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负责人:孔令豹
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依托单位:
基于暗场散射光飞行时间的微纳缺陷精准检测机理研究
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批准号:52375414
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项目类别:面上项目
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资助金额:55.00万元
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批准年份:2023
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负责人:孔令豹
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依托单位:
超精密光学测量中高反射特性及其抑制研究
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批准号:19ZR1404600
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2019
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负责人:孔令豹
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依托单位:
国内基金
海外基金