СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

В статье рассматривается метод автоматического устранения нелинейности при регистрации интенсивности в проекционных оптико-измерительных системах. Ошибки в регистрации интенсивности существенно влияют на точность фазовых измерительных систем, основанных на структурированном освещении объектов. Аппаратные средства гамма-коррекции не могут полностью устранить такие искажения, поскольку обратная зависимость может быть более сложной функцией. Отличительной особенностью предложенного алгоритма является нахождение множества корректирующих функций по полю изображения. Метод основан на покадровой проекции идеального клина и автоматическом определении необходимых параметров для регистрации изображения.

Предложенный подход учитывает пространственную неоднородность искажений, что позволяет достичь более высокой точности коррекции по сравнению с традиционными методами. Экспериментальные результаты показывают значительное снижение среднеквадратической ошибки восстановления синусоидального сигнала, особенно в периферийных областях изображения. Метод может быть применен в различных проекционных системах, включая

3D-сканеры, системы дополненной реальности и измерительные комплексы для анализа деформаций поверхностей. В работе также приводится анализ существующих методов коррекции нелинейности и их недостатков.

Предложенный метод коррекции нелинейности интенсивности изображения основан на использовании шахматной структуры, которая позволяет одновременно определять геометрические искажения проекционной системы и разбивать изображение на области для определения локальных функций нелинейности. Для каждой ячейки шахматной доски проецируется последовательность изображений с различными уровнями интенсивности. Это позволяет построить кривую нелинейности для каждой ячейки фото и найти соответствующие корректирующие функции. Эксперименты показывают, что предложенный метод значительно улучшает форму синусоидального сигнала, особенно в периферийных областях изображения. Это подтверждается расчетом среднеквадратической ошибки между идеальным и зарегистрированным синусоидальным сигналом. Предложенный метод демонстрирует очень высокую точность коррекции нелинейности изображений при средней вычислительной сложности, что делает его предпочтительным для использования в различных проекционных оптико-измерительных системах.

1. Черткова Я.В., Катасонов Д.Н., Баталова К.В. Обзор средств трехмерной реконструкции // Интерэкспо Гео-Сибирь. – 2021. – Т. 6. – С. 293–298. – DOI: 10.33764/2618-981X-2021-6-293-298.

2. Гужов В.И., Ильиных С.П. Компьютерная интерферометрия: учебное пособие. – М.: Юрайт, 2025. – 258 с.

3. Lv S., Kemao Q. Modeling the measurement precision of fringe projection profilometry // Light: Science & Applications. – 2023. – Vol. 12 (1). – P. 257–274. – DOI: 10.1038/s41377-023-01294-0.

4. Gamma correction for three-dimensional object measurement by phase measuring profilometry / X. Ye, H.-B. Cheng, H.-Y. Wu, D.-M. Zhou, H.-Y. Tam // Optik. – 2015. – Vol. 126 (24). – p. 5534–5538. – DOI: 10.1016/j.ijleo.2015.09.028.

5. Kamagara A., Wang X., Li S. Towards gamma-effect elimination in phase measurement profilometry // Optik. – 2018. – Vol. 172. – P. 1089–1099. – DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.07.059.

6. Babaei A., Saadatseresht M., Kofman J. Exponential fringe pattern projection approach to gamma-independent phase computation without calibration for gamma nonlinearity in 3D optical metrology // Optics Express. – 2017. – Vol. 25 (21). – P. 24927–24938. – DOI: 10.1364/OE.25.024927.

7. Ильиных С.П. Методы и алгоритмы высокоразрешающих оптико-электронных систем с пошаговым фазовым сдвигом: дис. … д-ра техн. наук. – Новосибирск, 2021. – 44 с.

8. Compensation method for projector calibration based on homography and bundle adjustments / J. Lin, X. Zhang, Y. Wang, L. Wu, K. Jiang // OSA Continuum. – 2020. – Vol. 3 (11). – P. 3157–3175. – DOI: 10.1364/OSAC.403718.

9. Fast and accurate single-shot nonlinear gamma correction based on weighted fitting of multi-region responses / Z. Zhu, X. Min, Z. Chen, S. Peng // Optics Express. – 2025. – Vol. 33. – P. 40690–40702. – DOI: 10.1364/OE.574971.

10. Xing S., Guo H. Correction of projector nonlinearity in multi-frequency phase-shifting fringe projection profilometry // Optics Express. – 2018. – Vol. 26 (13). – P. 16277–16291. – DOI: 10.1364/OE.26.016277.

11. Calibration method for a large-scale structured light measurement system / P. Wang, J. Wang, J. Xu, Y. Guan, G. Zhang, K. Chen // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56 (14). –P. 3995–4002. – DOI: 10.1364/AO.56.003995.

12. Lü F., Xing S., Guo H. Self-correction of projector nonlinearity in phase-shifting fringe projection profilometry // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56 (25). – P. 7204–7216. – DOI: 10.1364/AO.56.007204.

13. Active projection nonlinear γ correction method for fringe projection profilometry / L. Wang, Y. Zhang, L. Yi, X. Hao, M. Wang, X. Wang// Journal of the Optical Society of America A. – 2022. – Vol. 39 (11). – P. 1983–1991. – DOI: 10.1364/JOSAA.470088.

14. Calibration method for structured light projectors based on Hilbert transform and local homography / P. Zhang, H. Xie, T. Xu, B. Kong // Smart Innovation, Systems and Technologies. – Springer, 2025. – Vol. 116. – P. 19–31. – DOI: 10.1007/978-981-96-5408-6_2.

15. Two-digit phase-coding strategy for fringe projection profilometry / X. Chen, J. Wu, R. Fan, Q. Liu, Y. Xiao, Y. Wang, Y. Wang // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2021. – Vol. 70. – P. 1–9. – DOI: 10.1109/TIM.2020.3032185.

16. Iwai D. Projection mapping technologies: A review of current trends and future directions // Proceedings of the Japan Academy, Series B. – 2024. – Vol. 100 (3). – P. 234–251. – DOI: 10.2183/pjab.100.012.