本研究成功使用數位相移條紋投影顯微系統，量測三維指紋輪廓，以及使用數位相移條紋投影系統，量測臉部三維輪廓。指紋量測系統部分結合數位攝影機、縮小成像之鏡組、立體顯微鏡及數位投影機。臉部量測使用數位投影機及數位攝影機。本研究使用自行開發之程式，使用黑白、紅黑、綠黑、藍黑相間之餘弦條紋、七步相位移法、路徑獨立之相位展開技術等，分析四種顏色與黑色相間條紋與其在不同週期下，對於指紋的影響，其20pixel條紋的指紋分變率達到0.05微米，並且成功測試七步相移法用於量測臉部表面輪廓及三維曲面。未來將可應用在大量指紋建檔，及臉部辨識，方便協尋失智老人、犯人捕捉等。

This research applies digital phase-shift fringe projection microscopy system that measures three-dimensional finger print outline, and digital phase-shift fringe projection system. In the hardware section, the system integrated with a CCD camera, image shrink optical lenses, stereo microscope, and digital projector. Moreover, facial recognition is consisted of digital projector and digital camera. This research is also applied self-developed application that is included black-and-white, red-and-black, green-and-black, and blue-and-black cosine fringe pattern structure light, seven-step phase-shifting techniques, and path-independent phase unwrapping techniques.to analyze the effects on finger prints under four-color-and-black stripes. The resolution of those 20-pixel stripes reach 0.05 μm, and technique is successfully tested on measuring surface outline and three-dimensional  curved surface which can be applied to establishing finger-printed files and facial recognition to help searching demented elderly and apprehending suspects.

目錄
誌謝	I
中文摘要	II
英文摘要	III
目錄	IV
圖目錄	VII
表目錄	XII
第1章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 文獻回顧	3
1.3 論文架構	13
第2章 相位移技術原理	14
2.1 相位量測技術	14
2.1.1 相位移技術	14
2.2 結構光理論	17
2.3 數位相位移法	18
2.3.1 七步相移法	19
2.4 相位展開技術	20
2.5 相位高度值換算	23
2.6 參考平面扣除法	25
第3章 相位移量測系統	28
3.1 指紋拍攝之系統架構	28
3.1.1 結構光源	29
3.1.2 攝影機	30
3.1.3 條紋影像縮小鏡組	33
3.2 臉部量測之系統架構	34
3.2.1 影像擷取	35
3.3 多步相位移之運算程式	36
3.4 實驗步驟	37
3.4.1 指紋量測	37
3.4.2 臉部量測	38
第4章 實驗結果	40
4.1.1 紅黑週期0.73mm條紋	40
4.1.2 紅黑週期1.3mm條紋	46
4.1.3 綠黑週期0.73mm條紋	52
4.1.4 綠黑週期1.3mm條紋	58
4.1.5 藍黑週期0.73mm條紋	64
4.1.6 藍黑週期1.3mm條紋	70
4.1.7 黑白週期0.73mm條紋	76
4.1.8 黑白週期1.3mm條紋	82
4.2 指紋壓於0.5mm薄玻璃	88
4.2.1 黑白週期0.73mm條紋	88
4.2.2 黑白週期1.3mm條紋	94
4.3 臉部量測	100
第5章 結論與未來展望	105
5.1 結論	105
5.2 未來展望	105
參考文獻	106

 
		圖目錄
圖 1 1 硬幣表面[31]	4
圖 1 2 數字99三維曲面[31]	5
圖 1 3 相位移干涉光學量測系統示意圖[31]	5
圖 1 4 三維形狀量測系統架構[6]	6
圖 1 5 影像重建3D模型: (a)3D影像上色(b)實際影像[6]	6
圖 1 6 系統架構圖[32]	7
圖 1 7 探針管架構圖[32]	7
圖 1 8 量測直徑8 mm標準圓球: (a)直徑8 mm圓球(b)相位還原(c)三維表面輪廓(d)曲面圖[32]	8
圖 1 9 三維量測設備架構圖[5]	9
圖 1 10 計算後之最佳三條紋術: (a)25 (b)24 (c)20 (d)相位展開圖[5]	9
圖 1 11 相位移干涉術應用於顯微鏡系統架構圖[33]	10
圖 1 12 使用SVPI技術:  (a)為一般條紋圖投影在物件上(b)影像還原後之圖像 (c)使用SVPI技術至曝光處(d)將曝光處影像還原後之圖像[33]	10
圖 1 13 錫球之表面高度:  (a)三維表面量測結果(b)錫球高度剖面之曲線[33]	11
圖 1 14 三色條紋示意圖[43]	12
圖 1 15 RGB三通道擷取結果：(a)紅色通道 (b)綠色通道 (c)藍色通道[31]	13
圖 1 16 RGB三步相位移之數位條紋投影系統	13
圖 2 1 餘弦條紋的強度分布示意圖	16
圖 2 2 數位條紋投影架構圖	17
圖 2 3 七步相移條紋圖	20
圖 2 4 反正切函數之分子分母正負號求得2π模數示意圖 (a)象限判別圖 (b)π模數轉換2π模數[38]	21
圖 2 5 相位包裹及相位展開示意圖	21
圖 2 6 3D列印條紋之相位包裹圖	22
圖 2 7 條紋投影系統之光學幾何關係[39]	23
圖 2 8 參考平面扣除法流程	26
圖 2 9 M2螺紋及平坦面之三步相移量測實驗照片[45]	27
圖 2 10三步相移之相位展開圖:(a)M2螺絲量測(b)平坦面量測	27
圖 3 1指紋量測系統架構示意圖	28
圖 3 2指紋量測系統架構圖	28
圖 3 3 DLP投影機	29
圖 3 4 CCD相機 [45]	31
圖 3 5 透鏡之光路模擬 [45]	33
圖 3 6 80 mm雙凸、50 mm雙凹及80 mm平凸透鏡[45]	33
圖 3 7 透影條紋數目(a)縮小前(b)縮小後[45]	34
圖 3 8 臉部量測系統架構示意圖	34
圖 3 9臉部量測系統架構圖	35
圖 3 10 AT-200CL之CCD[43]	35
圖 3 11 多步相位移之影像處理程式介面	36
圖 3 12 指紋量測實驗步驟	38
圖 3 13 臉部量測實驗步驟	39
圖 4 1 紅黑週期0.73mm條紋實驗圖	40
圖 4 2紅黑週期0.73mm條紋解包裹後相位包裹圖	41
圖 4 3紅黑週期0.73mm條紋立體相位分布圖	41
圖 4 4紅黑週期0.73mm條紋相位還原圖	42
圖 4 5 紅黑週期0.73mm條紋絕對相位圖	43
圖 4 6 紅黑週期0.73mm條紋基準面絕對相位圖	43
圖 4 7紅黑週期0.73mm條紋實驗結果圖(a)	44
圖 4 8 紅黑週期0.73mm條紋實驗結果圖(b)	44
圖 4 9 紅黑週期0.73mm條紋剖面圖	45
圖 4 10紅黑週期1.3mm條紋實驗圖	46
圖 4 11紅黑週期1.3mm條紋解包裹後相位包裹圖	47
圖 4 12紅黑週期1.3mm條紋立體相位分布圖	47
圖 4 13紅黑週期1.3mm條紋相位還原圖	48
圖 4 14 紅黑週期1.3mm條紋絕對相位圖	49
圖 4 15 紅黑週期1.3mm條紋基準面絕對相位圖	49
圖 4 16紅黑週期1.3mm條紋實驗結果圖(a)	50
圖 4 17 紅黑週期1.3mm條紋實驗結果圖(b)	50
圖 4 18紅黑週期1.3mm條紋剖面圖	51
圖 4 19綠黑週期0.73mm條紋實驗圖	52
圖 4 20綠黑週期0.73mm條紋解包裹後相位包裹圖	53
圖 4 21綠黑週期0.73mm條紋立體相位分布圖	53
圖 4 22綠黑週期0.73mm條紋相位還原圖	54
圖 4 23 綠黑週期0.73mm條紋絕對相位圖	55
圖 4 24 綠黑週期0.73mm條紋基準面絕對相位圖	55
圖 4 25 綠黑週期0.73mm條紋部分剖面圖	56
圖 4 26綠黑週期0.73mm條紋實驗結果圖(a)	57
圖 4 27 綠黑週期0.73mm條紋實驗結果圖(b)	57
圖 4 28綠黑週期1.3mm條紋實驗圖	58
圖 4 29綠黑週期1.3mm條紋解包裹後相位包裹圖	59
圖 4 30綠黑週期1.3mm條紋立體相位分布圖	59
圖 4 31綠黑週期1.3mm條紋相位還原圖	60
圖 4 32 綠黑週期1.3mm條紋絕對相位圖	61
圖 4 33 綠黑週期1.3mm條紋基準面絕對相位圖	61
圖 4 34綠黑週期1.3mm條紋實驗結果圖(a)	62
圖 4 35綠黑週期1.3mm條紋實驗結果圖(b)	62
圖 4 36 綠黑週期1.3mm條紋部分剖面圖	63
圖 4 37藍黑週期0.73mm條紋實驗圖	64
圖 4 38藍黑週期0.73mm條紋解包裹後相位包裹圖	65
圖 4 39藍黑週期0.73mm條紋立體相位分布圖	65
圖 4 40藍黑週期0.73mm條紋相位還原圖	66
圖 4 41藍黑週期0.73mm條紋絕對相位圖	67
圖 4 42 藍黑週期0.73mm條紋基準面絕對相位圖	67
圖 4 43 藍黑週期0.73mm條紋部分剖面圖	68
圖 4 44藍黑週期0.73mm條紋實驗結果圖(a)	69
圖 4 45 藍黑週期0.73mm條紋實驗結果圖(b)	69
圖 4 46藍黑週期1.3mm條紋實驗圖	70
圖 4 47藍黑週期1.3mm條紋解包裹後相位包裹圖	71
圖 4 48 藍黑週期1.3mm條紋相位立體分布圖	71
圖 4 49 藍黑週期1.3mm條紋相位還原圖	72
圖 4 50 藍黑週期1.3mm條紋絕對相位圖	73
圖 4 51 藍黑週期1.3mm條紋基準面絕對相位圖	73
圖 4 52 藍黑週期1.3mm條紋部分剖面圖	74
圖 4 53藍黑週期1.3mm條紋實驗結果圖(a)	75
圖 4 54藍黑週期1.3mm條紋實驗結果圖(b)	75
圖 4 55黑白週期0.73mm條紋實驗圖	76
圖 4 56黑白週期0.73mm條紋解包裹後相位包裹圖	77
圖 4 57黑白週期0.73mm條紋立體相位分布圖	77
圖 4 58黑白週期0.73mm條紋相位還原圖	78
圖 4 59 黑白週期0.73mm條紋絕對相位圖	79
圖 4 60 黑白週期0.73mm條紋絕對相位圖	79
圖 4 61 黑白週期0.73mm條紋部分剖面圖	80
圖 4 62黑白週期0.73mm條紋實驗結果圖(a)	81
圖 4 63黑白週期0.73mm條紋實驗結果圖(b)	81
圖 4 64黑白週期1.3mm條紋實驗圖	82
圖 4 65黑白週期1.3mm條紋解包裹後相位包裹圖	83
圖 4 66黑白週期1.3mm條紋立體相位分布圖	83
圖 4 67黑白週期1.3mm條紋相位還原圖	84
圖 4 68 黑白週期1.3mm條紋絕對相位圖	85
圖 4 69 黑白週期1.3mm條紋基準面絕對相位圖	85
圖 4 70黑白週期1.3mm條紋部分剖面圖	86
圖 4 71黑白週期1.3mm條紋實驗結果圖(a)	87
圖 4 72黑白週期1.3mm條紋實驗結果圖(b)	87
圖 4 73指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋實驗圖	88
圖 4 74指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋解包裹後相位包裹圖	89
圖 4 75指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋立體相位分布圖	89
圖 4 76指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋相位還原圖	90
圖 4 77指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋絕對相位圖	91
圖 4 78指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋基準面絕對相位圖	91
圖 4 79指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋部分剖面圖	92
圖 4 80指紋壓於玻璃，黑白週期0.73mm條紋實驗結果圖	93
圖 4 81指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋實驗圖	94
圖 4 82指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋解包裹後相位包裹圖	95
圖 4 83指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋立體相位分布圖	95
圖 4 84指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋相位還原圖	96
圖 4 85指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋絕對相位圖	97
圖 4 86指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋基準面絕對相位圖	97
圖 4 87指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋部分剖面圖	98
圖 4 88指紋壓於玻璃，黑白週期1.3mm條紋實驗結果圖	99
圖 4 89 臉部量測實驗圖	100
圖 4 90臉部量測解包裹後相位包裹圖	101
圖 4 91臉部量測立體相位分布圖	101
圖 4 92臉部量測相位還原圖	102
圖 4 93臉部量測絕對相位圖	103
圖 4 94臉部量測基準面絕對相位圖	103
圖 4 95臉部量測剖面圖	104
圖 4 96臉部量測實驗結果圖與剖面圖做對比	104
 
表目錄
表 3 1 DLP投影機規格表	30
表 3 2 CCD相機規格表	32

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