专利名称：采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法的制作方法
技术领域：
本发明属于数字光栅投影的技术领域，涉及到正弦条纹光栅的生成问题。具体为采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法。
背景技术：
在过去的几十年中，一些经典的几何测量如长度、角度、平面度、直线度等测量技术与检测手段已经日益成熟。从20世纪60年代以来，随着工业生产有了很大的发展，特别是机床、汽车、航空航天和电子工业星期后，传统的测量内容和测量方法已经不能满足各种复杂零件的研制和生产的需要，人们更希望能获得精确描述复杂物体形状的三维数据。因此物体三维测量技术逐渐成为人们在测量领域中一个新的重要研究方向。其中如何快速地实现对不规则自由曲面、形体的三维测量，比如对模具内腔、涡轮叶片、发动机外壳的测量，并保证获得三维测量数据的高精度，已成为现代工业发展中需要解决的关键问题。
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随着计算机技术、光学和光电子技术的飞速发展，新的光学三维传感和计量方法也不断进步。基于条纹投影的光学三维面形测量方法具有非接触、高精度、高速度等特点，已广泛用于机器视觉、面形检测、实物仿形、产品质量控制、生物医学等领域。对于基于条纹投影的光学三维面形测量方法而言，获取高质量的正弦条纹光栅是三维面形测量方法的关键技术。本发明提出了一种获取高质量的正弦条纹光栅的技术。
发明内容
要解决的技术问题为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法。技术方案本发明将电子电力技术中的脉冲宽度调制技术应用于数字光栅投影，并通过二进制数字光栅散焦技术生成正弦数字光栅。首先使用电子电力技术中的SPWM (脉冲宽度调制)技术生成二进制的光栅图像，再通过使用投影仪散焦投影之前的通过SPWM技术生成的二进制光栅图像，最终得到正弦条纹光栅。根据SPWM技术的原理将每一周期的正弦基波与若干个三角载波进行调制，按每一周期的正弦基波与这一周期中所有的三角载波交点所划分的区域，并按划分的区域的宽度得到SPWM矩形脉冲，最终形成二进制的光栅图形。本发明的技术方案为所述一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，其特征在于包括以下步骤步骤I :在像素-高度坐标系中生成一个正弦基波和若干三角载波，其中像素为横坐标，高度为纵坐标；正弦基波的高度最大值与三角载波的高度最大值相同，正弦基波的高度最小值与三角载波的高度最小值相同；当像素为I时，正弦基波取最大值，三角载波取最小值；步骤2 :对步骤I得到的一个正弦基波和若干三角载波进行逻辑运算，得到矩形脉冲波；所述逻辑运算为对于同一像素坐标，正弦基波的高度值大于等于三角载波的高度时，矩形脉冲波取值为1，否则为O ;将得到的矩形脉冲波的波形转化为二进制的光栅图形，其中矩形脉冲波中取值为I的区域的灰度值为255，矩形脉冲波中取值为O的区域的灰度值为O ;步骤3 :通过投影仪散焦，得到正弦条纹光栅将步骤2生成的二进制的光栅图形投影到被测物体表面，保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，通过调整投影仪焦距，使投影到被测物体表面的影像聚焦；保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，再次调整投影仪焦距，将投影仪的焦距在聚焦焦距的基础上变化A1，从而在被测物体表面得到正弦条纹光栅。
所述一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，其特征在于一个正弦基波和若干三角载波的载波比至少为13。所述一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，其特征在于-入为投影仪调焦范围的20% 30%或-30% -20%。有益效果经过本发明的方法，即采用脉冲宽度调制技术的生成了正弦条纹光栅图像，有效地消除了直接通过投影仪聚焦投射正弦光栅是问题所带来的误差伽马非线性的，得到了高质量的正弦条纹光栅图像。
图I. I (a)为载波比为13的正弦基波与三角载波示图。图I. I (b)为图I (a)对应的SPWM矩形脉冲示图。图I. 2 Ca)为载波比为25的正弦基波与三角载波示图。图I. 2 (b)为图2 Ca)对应的SPWM矩形脉冲示图。图2为通过SPWM矩形脉冲示图生成的二进制的光栅图像。图3为通过投影仪散焦，得到正弦条纹光栅图像。图4为生成的正弦条纹光栅灰度曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例描述本发明本实施例中的采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，包括以下步骤步骤I :在像素-高度坐标系中生成一个正弦基波和若干三角载波，如图I. Ia和
I.2a所示。其中像素为横坐标，高度为纵坐标；正弦基波的高度最大值与三角载波的高度最大值相同，正弦基波的高度最小值与三角载波的高度最小值相同；当像素为I时，正弦基波取最大值，三角载波取最小值。在生成一个正弦基波和若干三角载波过程中存在选择载波比的问题。根据SPWM技术的原理，载波比(或称调制比)表示为一周期正弦基波与若干个三角载波数量之比，是一个人为设定的、能够直接观察到的数字量。在电子电力技术的领域中，理论上载波比越大输出精度也越高，在电子电力技术的领域中过大的载波比也意味着极高的开关频率，随之带来的是开关高功率损耗，所以无法满足过高的开关频率。但本发明属于数字光栅投影的技术领域，不用考虑开关的损耗，所以本发明选用较高的载波比，要求至少为13。本实施例中分别建立载波比为13与25的正弦基波与三角载波，如图I. Ia和I. 2a。步骤2 :记录一个周期内正弦基波与三角载波的交点，将一个周期内的区域按照正弦基波与三角载波的交点，分成若干区间，在以上划分的区间中，对步骤I得到的一个正弦基波和若干三角载波进行逻辑运算，得到SPWM矩形脉冲波，如图I. Ib和I. 2b所示；所述逻辑运算为对于同一像素坐标，正弦基波的高度值大于等于三角载波的高度时，矩形脉冲波取值为1，否则为O ;将得到的SPWM矩形脉冲波的波形转化为二进制的光栅图形，其中矩形脉冲波中取值为I的区域的灰度值为255，矩形脉冲波中取值为O的区域的灰度值为0，如图2. I和图2. 2所示，图2. I和图2. 2分别对应载波比为13与25的二进制的光栅图形。步骤3 :通过投影仪散焦，得到正弦条纹光栅 将步骤2生成的二进制的光栅图形投影到被测物体表面，保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，通过调整投影仪焦距，使投影到被测物体表面的影像聚焦；保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，再次调整投影仪焦距，将投影仪的焦距在聚焦焦距的基础上变化△ i，进行散焦，A1为投影仪调焦范围的20% 30%或-30% -20%，本实施例中取30%，从而在被测物体表面得到正弦条纹光栅，如附图3. I与3. 2所示。根据附图4. I与附图4. 2所示的正弦条纹光栅灰度曲线可以看出，通过本发明的办法可以得到正弦条纹光栅。由于投影仪散焦能够将SPWM矩形脉冲中的高频谐波过滤掉，而本发明选择的载波比较高，投影仪散焦对SPWM矩形脉冲的滤波效果较好，所以通过二进制散焦技术，得到正弦条纹光栅，如附图3所示。
权利要求
1.一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，其特征在于包括以下步骤 步骤I:在像素-高度坐标系中生成一个正弦基波和若干三角载波，其中像素为横坐标，高度为纵坐标；正弦基波的高度最大值与三角载波的高度最大值相同，正弦基波的高度最小值与三角载波的高度最小值相同；当像素为I时，正弦基波取最大值，三角载波取最小值； 步骤2 :对步骤I得到的一个正弦基波和若干三角载波进行逻辑运算，得到矩形脉冲波；所述逻辑运算为对于同一像素坐标，正弦基波的高度值大于等于三角载波的高度时，矩形脉冲波取值为1，否则为O ;将得到的矩形脉冲波的波形转化为二进制的光栅图形，其中矩形脉冲波中取值为I的区域的灰度值为255，矩形脉冲波中取值为O的区域的灰度值为O ； 步骤3 :通过投影仪散焦，得到正弦条纹光栅 将步骤2生成的二进制的光栅图形投影到被测物体表面，保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，通过调整投影仪焦距，使投影到被测物体表面的影像聚焦；保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，再次调整投影仪焦距，将投影仪的焦距在聚焦焦距的基础上变化Λ i，从而在被测物体表面得到正弦条纹光栅。
2.根据权利要求I所述一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，其特征在于一个正弦基波和若干三角载波的载波比至少为13。
3.根据权利要求I或2所述一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法，其特征在于Λ !为投影仪调焦范围的20% 30%或-30% -20%。
全文摘要
本发明提出了一种采用脉冲宽度调制技术的正弦条纹光栅的生成办法。将电子电力技术中的脉冲宽度调制技术应用于数字光栅投影，并通过二进制数字光栅散焦技术生成正弦数字光栅。首先使用SPWM技术生成二进制的光栅图像，再通过使用投影仪散焦投影之前生成的二进制光栅图像，最终得到正弦条纹光栅。根据SPWM技术的原理将每一周期的正弦基波与若干个三角载波进行调制，按每一周期的正弦基波与这一周期中所有的三角载波交点所划分的区域，并按划分的区域的宽度得到SPWM矩形脉冲，最终形成二进制的光栅图形。经过本发明的方法，有效地消除了直接通过投影仪聚焦投射正弦光栅是问题所带来的误差伽马非线性的，得到了高质量的正弦条纹光栅图像。
文档编号G01B11/25GK102818540SQ201210310710
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者孙惠斌, 万能, 张栋梁, 卢万琦, 李春磊, 樊迪 申请人:西北工业大学