基于双参数线性成像模型的高动态范围三维自动测量与多权重相位融合方法

本文创新性地提出一种基于双参数线性成像模型的高动态范围（HDR）三维测量方法，通过同步调控曝光时间与投影仪辐射强度（current ratio factor），突破传统单参数曝光调整和非线性辐射响应的局限。结合多权重相位融合技术，显著提升条纹投影轮廓术（FPP）对金属齿轮、航空发动机叶片等高反光物体的测量精度与动态范围，为工业检测提供新方案。

　　

Highlight

本研究通过双参数线性成像模型实现高动态范围（HDR）三维测量，创新性地引入电流比例因子（current ratio factor）与参考电流，使投影仪辐射强度与曝光时间形成线性协同调控，有效解决传统FPP系统在测量高反光物体时的像素饱和问题。

Dual-parameter linear imaging model

基于公式I_n,(xc,yc)^c = ε·r_(xc,yc)·K_(xc,yc)·E(L)·t·[A^s+B^scos(?_(xc,yc)^c+δ_n)]+u_n,(xc,yc)，该模型通过静态测量中光路参数的稳定性，建立投影像素(x_d,y_d)与相机像素(x_c,y_c)的线性映射关系，显著扩展动态范围。

Automatic exposure strategy

提出基于相位可靠性的自动曝光序列计算方法：

1. 1.

   通过调制强度阈值判定有效相位区间

2. 2.

   采用二分法快速优化曝光时间

3. 3.

   结合电流比例因子动态调整投影亮度

   该方法避免传统表面反射率计算的复杂运算，效率提升3倍以上。

Multi-weight phase fusion method

突破传统"最优像素选择"思路，创新性融合：

• •

  相机稳定性权重（信噪比SNR）

• •

  相位平滑度权重（拉普拉斯算子）

• •

  调制强度权重（B^s值）

  实验显示融合相位误差降低42%，特别适用于焊接膏等复杂表面测量。

Conclusion

本方法三大突破：

1. 1.

   动态范围扩展：双参数协同使可测反射率跨度达10⁴:1

2. 2.

   计算效率提升：曝光序列自动生成耗时<50ms

3. 3.

   精度优化：多权重融合使均方根误差（RMSE）降低至0.02mm