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Array projection of aperiodic sinusoidal fringes for high-speed three-dimensional shape measurement

非周期图 投影机 光学 偏移量(计算机科学) 结构光三维扫描仪 投影(关系代数) 格雷码 帧速率 计算机科学 物理 数学 算法 组合数学 程序设计语言 扫描仪
作者
Stefan Heist,Andreas Mann,Peter Kühmstedt,Peter Schreiber,Gunther Notni
出处
期刊:Optical Engineering [SPIE]
卷期号:53 (11): 112208-112208 被引量:84
标识
DOI:10.1117/1.oe.53.11.112208
摘要

Three-dimensional (3-D) measurement systems based on coded-light techniques are conventionally limited by the projection speed, which is typically in the range of a few 100 Hz, resulting in 3-D frame rates of 1 to 60 Hz. We propose to use an array projector for 3-D shape measurements, which enables much higher projection frame rates of up to the 100-kHz range. In contrast to previous setups, it does not project well-known phase-shifted sinusoidal fringes and Gray code patterns, but aperiodic sinusoidal fringes. This new technique, based on sine-shaped fringes with spatially and temporally varying offset, amplitude, period length, and phase shift, allows accurate 3-D measurement of objects, even with sharp edges, high slope, or varying surface properties, at high speed up to the kilohertz range. This paper explains the 3-D measurement principle and the basic design of an array projector that projects aperiodic sinusoidal fringes. It verifies the consistency between specified and projected patterns and points out the results of the setup’s characterization, e.g., of its high-speed capability. Furthermore, first 3-D shape measurements at a projection frame rate of 3 kHz resulting in a 3-D frame rate of >330 Hz are presented and evaluated.
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