Высококачественная генерация полосовых шаблонов на основе оптимизации бинарных паттернов с дефокусировкой

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

X.-X. Li, Z.-J. Zhang High-quality fringe pattern generation based on binary pattern optimization with projector defocusing (Высококачественная генерация полосовых шаблонов на основе оптимизации бинарных паттернов с дефокусировкой) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 1. С. 32–40.

X.-X. Li, Z.-J. Zhang High-quality fringe pattern generation based on binary pattern optimization with projector defocusing (Высококачественная генерация полосовых шаблонов на основе оптимизации бинарных паттернов с дефокусировкой) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 1. P. 32–40.

Ссылка на англоязычную версию:

X.-X. Li and Z.-J. Zhang, "High-quality fringe pattern generation based on binary pattern optimization with projector defocusing," Journal of Optical Technology. 84(1), 22-28 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000022

Аннотация:

Трехмерная реконструкция объектов в реальном времени находит все большее применение в различных областях. Это предъявляет повышенные требования к обычным методам, основанным на структурированном освещении, и в частности, к цифровой проекции полосовых шаблонов. Техника бинарной дефокусировки применительно к цифровой проекции полосовых шаблонов не только существенно повышает производительность системы при ее работе в реальном времени, но и существенно устраняет нелинейность проектора. Наилучшими среди прочих методов являются оптимизационные методы, основанные на размывании полос. Тем не менее, эти методы имеют два очевидных недостатка: целевая функция определяет сходство по общей интенсивности и игнорирует местные подобия, оптимизационная структура часто неэффективна или затратна по времени. В работе впервые предложена новая целевая функция, включающая член, отвечающий за общую интенсивность, и локальный структурный член, полностью оценивающий подобия. Далее, использована методология оптимизации, включающая гибридный оптимизационный алгоритм и подход полупериодной оптимизации. Преимущества предложенной целевой функции и оптимизационной методологии, а также улучшение качества и повышение скорости трехмерной реконструкции продемонстрированы как путем численного моделирования, так и экспериментально.

Ключевые слова:

трехмерная реконструкция, цифровая проекция полосовых шаблонов, техника бинарной дефокусировки, гибридный алгоритм “бинарный метод роя частиц – генетический алгоритм”

Коды OCIS: 230.0230, 120.2830

Список источников:

1. Geng J. Structured-light 3D surface imaging: a tutorial // Adv. Opt. Photonics. 2011. V. 3. № 2. P. 128–160.
2. Karpinsky N., Zhang S. High-resolution, real-time 3D imaging with fringe analysis // J. Real-Time Image Pr. 2012. V. 7. № 1. P. 55–66.
3. Zhang S. Recent progresses on real-time 3-D shape measurement using digital fringe projection techniques // Opt. Laser Eng. 2010. V. 48. № 2. P. 149–158.
4. Zhang Z.H. Review of single-shot 3D shape measurement by phase calculation-based fringe projection techniques // Opt. Laser Eng. 2012. V. 50. P. 1097–1106.
5. Lei S.Y., Zhang S. Flexible 3-D shape measurement using projector defocusing // Opt. Lett. 2009. V. 34. № 20. P. 3080–3082.
6. Ayubi G.A., Ayubi J.A., Martino Di J.M., Ferrari J.A. Pulse-width modulation in defocused three-dimensional fringe projection // Opt. Lett. 2010. V. 35. № 21. P. 3682–3684.
7. Wang Y., Zhang S. Optimal pulse width modulation for sinusoidal fringe generation with projector defocusing // Opt. Lett. 2010. V. 35. № 24. P. 4121–4123.
8. Wang Y., Zhang S. Comparison of the squared binary, sinusoidal pulse width modulation, and optimal pulse width modulation methods for three-dimensional shape measurement with projector defocusing // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 7. P. 861–872.
9. Zuo C., Chen Q., Feng S., Feng F., Gu G., Sui X. Optimized pulse width modulation pattern strategy for threedimensional profilometry with projector defocusing // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 19. P. 4477–4490.
10. Lohry W., Zhang S. 3D shape measurement with 2D area modulated binary patterns // Opt. Laser Eng. 2012. V. 50. № 7. P. 917–921.
11. Wang Y.J., Zhang S. Three-dimensional shape measurement with binary dithered patterns // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 27. P. 6631–6636.
12. Li B.W., Wang Y.J., Dai J.F., Lohry W., Zhang S. Some recent advances on superfast 3D shape measurement with digital binary defocusing techniques // Opt. Laser Eng. 2014. V. 54. P. 236–246.
13. Dai J.F., Zhang S. Phase-optimized dithering technique for high-quality 3D shape measurement // Opt. Laser Eng. 2013. V. 51. № 6. P. 790–795.
14. Huang P.S., Zhang S. Fast three-step phase-shifting algorithm // Appl. Opt. 2006. V. 45. № 21. P. 5086–5091.
15. Huntley J.M., Saldner H.O. Shape measurement by temporal phase unwrapping: Comparison of unwrapping algorithms // Meas. Sci. Technol. 1997. V. 8. № 9. P. 986–992.
16. Dai J.F., Li B.W., Zhang S. High-quality fringe pattern generation using binary pattern optimization through symmetry and periodicity // Opt. Laser Eng. 2014. V. 52. P. 195–200.
17. Wang Z., Bovik A.C., Sheikh H.R., Simoncelli E.P. Image quality assessment: From error visibility to structural similarity // IEEE T. Image Process. 2004. V. 13. № 4. P. 600–612.
18. Chen X.X., Qiu J., Liu G.J. Optimal test selection based on hybrid BPSO and GA // Chinese J. Sci. Instrum. 2009. V. 30. № 8. P. 1674–1680.
19. Roberge V., Tarbouchi M., Okou F. Collaborative parallel hybrid metaheuristics on graphics processing unit // Int. J. Comp. Intel. & Appl. 2015. V. 14. № 1. P. 1–16.