激光散斑投影与点云小波平滑的高温环境高精度三维形貌重建方法

为解决高温环境下传统3D重建方法精度不足的难题，研究人员创新性地结合激光散斑投影与点云小波平滑技术，开发出适用于1000℃环境的高精度三维形貌重建方法。通过优化光学滤波系统抑制热辐射干扰，并引入小波算法消除热流扰动噪声，实验验证其关键点相对误差低于0.5%，为航空航天等领域高温部件形变监测提供了可靠解决方案。

　　

在航空航天和汽车工业的快速发展中，高温环境下关键热部件的形貌信息获取成为可靠性评估的瓶颈。传统接触式测量如三坐标测量机(CMM)效率低下，而光学非接触方法又面临高温热辐射、热气流扰动等挑战。尤其当温度超过800℃时，散斑氧化脱落、图像细节丢失等问题导致三维数字图像相关技术(3D-DIC)难以应用。

针对这一系列难题，中国科学技术大学的研究团队在《Optics and Lasers in Engineering》发表创新成果。他们巧妙设计激光散斑投影系统，结合400mW短波长激光与由线性偏振片、窄带滤光片和红外截止玻璃组成的光学滤波系统，成功在1000℃下捕获清晰散斑图像。更突破性的是，团队开发了基于小波变换的点云优化算法，有效消除热流扰动导致的噪声和孔洞，最终实现非真空高温环境下0.5%相对误差的精密测量。

关键技术包括：1）自适应激光散斑投影系统设计；2）短波长激光与复合光学滤波的协同抑噪方案；3）小波点云优化算法开发。实验采用定制石英玻璃组件，通过商用CMM对比验证精度。

成像实验验证
在1000℃狗骨形310S不锈钢试样测试中，光学滤波系统使信噪比提升3倍，激光散斑图案对比度达85%，远超传统喷涂散斑的稳定性。

点云优化效果
小波算法将热流扰动导致的点云噪声降低72%，孔洞填充率达91%，重建曲面平均曲率误差小于0.2μm/mm。

结论与意义
该研究突破高温环境三维测量的三大技术壁垒：1）首创激光投影散斑替代传统喷涂，解决氧化脱落问题；2）复合光学滤波实现1000℃下有效热辐射抑制；3）小波点云处理技术为非真空环境提供通用解决方案。相比真空腔或空气刀等传统方法，该技术成本降低80%，为航空发动机叶片、核反应堆组件等高温部件的在线检测开辟了新途径。