基于条纹复用的最佳三条纹动态三维测量方法

王广航; 张宗华; 付帅; 高楠; 孟召宗

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于条纹复用的最佳三条纹动态三维测量方法

光学传感与测量 | 更新时间：2026-07-23

- 基于条纹复用的最佳三条纹动态三维测量方法
- Dynamic three-dimensional measurement with optimal three-frequency fringe reuse
- 光学技术 2026年52卷第4期页码：466-472
- 作者机构：
  
  河北工业大学机械工程学院，天津 300401
- 作者简介：
  
  王广航（2001－），男，硕士研究生，从事光学三维形貌测量研究。Wanggh0719@163.com
  张宗华（1974—），男，教授，博士，从事光学三维测量、条纹投影轮廓术、相位偏折测量术等方面的研究。zhzhang@hebut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金“叶企孙”联合基金项目
- DOI：
  中图分类号： TH741
- 收稿：2026-04-02，
  
  修回：2026-05-13，
  
  录用：2026-05-18，
  
  网络首发：2026-07-23，
  
  纸质出版：2026-07-20
- 稿件说明：
移动端阅览
王广航,张宗华,付帅等.基于条纹复用的最佳三条纹动态三维测量方法[J].光学技术,2026,52(04):466-472.

WANG Guanghang,ZHANG Zonghua,FU Shuai,et al.Dynamic three-dimensional measurement with optimal three-frequency fringe reuse[J].OPTICAL TECHNIQUE,2026,52(04):466-472.
王广航,张宗华,付帅等.基于条纹复用的最佳三条纹动态三维测量方法[J].光学技术,2026,52(04):466-472. DOI：

WANG Guanghang,ZHANG Zonghua,FU Shuai,et al.Dynamic three-dimensional measurement with optimal three-frequency fringe reuse[J].OPTICAL TECHNIQUE,2026,52(04):466-472. DOI：

摘要

针对传统最佳三条纹相位展开方法需采集12幅相移图才能获得一帧三维重建图、测量效率低下无法适应动态场景测量的问题，提出一种基于条纹复用的改进最佳三条纹方法。通过对条纹图的重复使用，使方法每新增一组四步相移图即可多获得一帧三维重建图。实验验证表明，未改进前可恢复出M帧三维重建图使用此方法后不需额外增加条纹图可恢复3M-2帧三维重建图，并且对运动误差进行补偿，对标准球杆进行测量，球A半径测量的RMSE为0.0259mm

球B半径测量的RMSE为0.0242mm。

Abstract

To address the issue that the traditional optimum three-frequency fringe phase unwrapping method requires 12 phase-shifted images to obtain one frame of 3D reconstruction

resulting in low measurement efficiency and inability to adapt to dynamic scene measurement

an improved optimum three-frequency method based on fringe reuse is proposed. By reusing fringe patterns

the proposed method enables obtaining one additional frame of 3D reconstruction for every newly added set of four-step phase-shifted images. Experimental verification shows that while the unimproved method can recover M frames of 3D reconstruction

the proposed method can recover 3M-2 frames without requiring additional fringe images. Furthermore

motion error is compensated

and measurements of a standard ball bar demonstrate that the RMSE for Ball A radius measurement is 0.0259 mm

and the RMSE for Ball B radius measurement is 0.0242 mm.

关键词

Keywords

references

Annanth V K , Abinash M , Rao L B . Intelligent manufacturing in the context of industry 4.0: A case study of siemens industry [J ] . Journal of Physics: Conference Series , 2021 , 1969 （ 1 ）: 012019 .

孙超 , 石久烨 , 王梅渊 , 等 . 单目线结构光三维重建系统标定方法研究 [J ] . 光学技术 , 2024 , 50 （ 6 ）: 698 — 705 .

Sun Chao , Shi Jiuye , Wang Meiyuan , et al . Research on the calibration method of monocular camera line structured light three-dimensional reconstruction system [J ] . Optical Technique , 2024 , 50 （ 6 ）: 698 — 705 .

赵丽伟 , 张宗华 , 付帅 , 等 . 基于调整投影强度的高反光物体三维形貌测量 [J ] . 光学技术 , 2025 , 51 （ 04 ）: 504 — 512 .

Zhao Liwei , Zhang Zonghua , Fu Shuai , et al . Three-dimensional shape measurement of highly reflective objects based on adjusted projection intensity [J ] . Optical Technique , 2025 , 51 （ 04 ）: 504 — 512 .

冯维 , 汤少靖 , 赵晓冬 , 等 . 基于自适应条纹的高反光表面三维面形测量方法 [J ] . 光学学报 , 2020 , 40 （ 5 ）: 119 — 127 .

Feng Wei , Tang Shaojing , Zhao Xiaodong , et al . Three-dimensional shape measurement method of high-reflective surfaces based on adaptive fringe-pattern [J ] . Acta Optica Sinica , 2020 , 40 （ 5 ）: 119 — 127 .

Han Yonghua , Fu Yanjun , Tian Shiyang , et al . An improved Fourier transform profilometry and phase coding for 3D shape measurement [J ] . Optical Review , 2025 , 32 （ 3 ）: 1 — 11 .

韦建军 . 复杂刚性运动物体的高精度三维测量算法 [J ] . 光学技术 , 2022 , 48 （ 1 ）: 46 — 54 .

Wei Jianjun . High-precision 3D measurement algorithm for complex rigid moving objects [J ] . Optical Technique , 2022 , 48 （ 1 ）: 46 — 54 .

Liu Hao , Yan Nan , Shao Bing , et al . Deep learning in fringe projection: A review [J ] . Neurocomputing , 581 : 127493 .

Zuo Chao , Qian Jiaming , Feng Shijie , et al . Deep learning in optical metrology: A review [J ] . Light: Science & Applications , 2022 , 11 （ 1 ）: 39 — 39 .

陈松林 , 赵吉宾 , 夏仁波 . 多频外差原理相位解包裹方法的改进 [J ] . 光学学报 , 2016 , 36 （ 4 ）: 155 — 165 .

Chen Songlin , Zhao Jibin , Xia Renbo . Improved multi-frequency heterodyne phase unwrapping method [J ] . Acta Optica Sinica , 2016 , 36 （ 4 ）: 155 — 165 .

韩玉 , 杨延竹 , 苏雪龙 . 一种基于多频外差的相位解包裹方法 [J ] . 东华大学学报（自然科学版） , 2021 , 47 （ 5 ）: 105 — 110+127 .

Han Yu , Yang Yanzhu , Su Xuelong . A phase unwrapping method based on multi-frequency heterodyne [J ] . Journal of Donghua University （Natural Science） , 2021 , 47 （ 5 ）: 105 — 110+127 .

吴周杰 , 张启灿 . 基于条纹投影的高速三维形貌测量技术发展综述 [J ] . 激光与光电子学进展 , 2023 , 60 （ 08 ）: 11 — 41 .

Wu Zhoujie , Zhang Qican . High-speed 3D topography measurement based on fringe projection: A review [J ] . Laser Optoelectronics Progress , 2023 , 60 （ 08 ）: 11 — 41 .

徐珍华 , 苏显渝 . 一种时间相位展开算法 [J ] . 四川大学学报（自然科学版） , 2008 , （ 03 ）: 537 — 540 .

Xu Zhenhua , Su Xianyu . A temporal phase unwrapping algorithm [J ] . Journal of Sichuan University （Natural Science Edition） , 2008 , （ 03 ）: 537 — 540 .

Liu Kai , Wang Yongchang , Lau D L , et al . Dual-frequency pattern scheme for high-speed 3D shape measurement [J ] . Optics Express , 2010 , 18 （ 5 ）: 5229 — 5244 .

Zuo Chao , Chen Qian , Gu Guohua , et al . High-speed three-dimensional profilometry for multiple objects with complex shapes [J ] . Optics Express , 2012 , 20 （ 17 ）: 19493 — 19510 .

Wu Guanhao , Wu Yuxiang , Li Li , et al . High-resolution few-pattern method for 3D optical measurement [J ] . Optics Letters , 2019 , 44 （ 14 ）: 3602 — 3605 .

Zhang Chunwei , Zhao Hong , Gu Feifei , et al . Phase unwrapping algorithm based on multi-frequency fringe projection and fringe background for fringe projection profilometry [J ] . Measurement Science and Technology , 2015 , 26 （ 4 ）: 045203 .

Towers C E , Towers D P , Jones J . Absolute fringe order calculation using optimised multi-frequency selection in full-field profilometry [J ] . Optics and Lasers in Engineering , 2004 , 43 （ 7 ）: 788 — 800 .

Zhang Zonghua , Towers C E , Towers D P . Time efficient color fringe projection system for 3D shape and color using optimum 3-frequency selection [J ] . Optics Express , 2006 , 14 （ 14 ）: 6444 — 6455 .

Zeng Janghui , Ma Wenxin , Jia Wei , et al . Self-unwrapping phase-shifting for fast and accurate 3-D shape measurement [J ] . IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement , 2022 , 71 : 1 — 12 .

An Hongyu , Cao Yiping , Zhang Yuzhen , et al . Phase-shifting temporal phase unwrapping algorithm for high-speed fringe projection profilometry [J ] . IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement , 2023 , 72 : 1 — 9 .

Guo Wenbo , Wu Zhoujie , Zhang Qican , et al . Real-time motion-induced error compensation for 4-step phase-shifting profilometry [J ] . Optics Express , 2021 , 29 （ 15 ）: 23822 — 23834 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于单目旋转视觉的几何公差评定方法研究

基于分组多线编码与特征增强的口内三维测量技术

基于调整投影强度的高反光物体三维形貌测量

基于方波调制与周期波形分析的热反射金属薄膜测厚方法

一种基于多光谱偏振信息融合的条纹像自适应重构方法