【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于图像处理
,特别涉及一种外差式三频不等步相移解相位方 法,能够高效精确获取物体的三维信息。
技术介绍
光栅投影三维测量技术是一种利用相位信息进行三维轮廓精确测量的方法,目前 获取相位的方法主要有相移法与傅里叶变换轮廓法。相移法因精度高、分辨率高且对物体 表面反射率变化不太敏感而被广泛应用。该方法通过采集多帧相移条纹图来计算包含被测 物表面形变信息的包裹相位值。由于包裹相位值在[-^n]区间内,因此为了获得连续 相位映射,需要将包裹相位展开,得到真实的相位值。相位解包裹方法可分为基于单频率和 基于多频率的解包裹方法,基于单频率的解包方法测量时只获取一组包裹相位值,故其在 解包范围、解包精度及误差容忍度方面均存在不足,而基于多频率的解包方法测量时获取 多组包裹相位值,增大了解包范围、提高了解包精度、降低了误差影响。基于多频率的解包 裹方法主要有格雷(Gray)码法和多频相移方法。格雷码法对光照和被测物表面明暗比较 敏感,经常出现像素边界解码不正确,容易受到噪声干扰且测量范围受格雷码条纹数限制。 多频相移方法通过增加不同频率条纹来提高测量精度及测量范围,增强适应性。目前多频 相移方法已经成为工业上应用最广的目标物高精度三维形貌重建方法,但多频相移方法需 要拍摄不同频率的多幅图像。 基于光栅投影的三维测量技术,在读取采用余弦编码的条纹图样时,其图像灰度 分布应为余弦分布。但由于投影系统的非线性输出、摄像设备中的电子噪声干扰和环境噪 声等因素的影响,导致在编码图样的灰度分布中存在大量噪声,这将导致在相位恢复时 ...
【技术保护点】
一种外差式三频不等步相移解相位方法,利用数字投影仪、摄像机、PC机组成的测量平台实现条纹的投影照明和条纹图的数据采集和处理,其特征在于,包括下列步骤:(1)投影三个不同频率共8幅条纹图,并采集条纹图像,其中采用中间频率f2投射四步相移条纹,频率f1和f3投射二步相移条纹;(2)采用不等步相移解相原理求解频率f1、f2、f3对应的包裹相位(3)分别对求得的包裹相位值进行等值线正余弦滤波;(4)采用外差原理求出频率f2变形条纹图像的真实相位Φ2;(5)利用双目相位立体匹配方法计算物体三维表面点云数据。
【技术特征摘要】
1. 一种外差式三频不等步相移解相位方法,利用数字投影仪、摄像机、PC机组成的测 量平台实现条纹的投影照明和条纹图的数据采集和处理,其特征在于,包括下列步骤: (1) 投影三个不同频率共8幅条纹图,并采集条纹图像,其中采用中间频率4投射四步 相移条纹,频率和f3投射二步相移条纹; (2) 采用不等步相移解相原理求解频率f\、f2、f3对应的包裹相位4内仏))、a ^(p<(x,y)\ (3) 分别对求得的包裹相位值进行等值线正余弦滤波; (4) 采用外差原理求出频率f2变形条纹图像的真实相位O2 ; (5) 利用双目相位立体匹配方法计算物体三维表面点云数据。2. 根据权利要求1所述的外差式三频不等步相移解相位方法,其特征在于,步骤(2) 中, 在光栅投影三维测量中,投射余弦编码条纹到被测物体表面,编码条纹被物体表面信 息调制形成变形条纹,假设投影光强满足标准余弦分布,则变形条纹图像的光强分布函数 为: I(x,y) = a(x,y) + h{x, y)cos[27ifa + h(p{x,y)\ q) I(x,y)为摄像机拍摄的变形条纹图像光强,a(x,y)为背景光的强度,b(x,y)为调制振 幅,f为条纹频率,」批V,.V〉为待求解的相位函数;式中含有三个未知量,因此要解得同一个 待测点的相位值至少要获取三个光强函数值; 三频率外差不等步相移解相位的方法是对三种不同频率条纹采用不同步数相移算法 求解得到各自频率的包裹相位值;三个频率分别记为f\、f2和f3 ; 频率4采用标准四步相移条纹,将余弦光栅移动4次,每次移动步长a = /2,这样 可以采集到的4幅图像来求得物体的相位值,在这里设In(x,y)代表第n幅图像光强,则: I11 (x, v) = ?(x,.v) + b{x,y)cos[2rf2x + Acp2(x,y) + (?-\)nfl\ (n=l, 2, 3, 4) (2) 利用这四幅变形条纹图像求得相位为:假设相机和投影仪有相当大的景深,同时被测物表面反射是线性的,则在4幅图像中 同一位置像素点(i,j)处的平均光强度系数a (x,y)是个常数; a(x, y) = (I1 (x, y)+I2(x, y)+I3(x, y)+I4(x, y))/4 (4) 频率和f3都采用二步相移方法,相移步长a = 3 Ji /2,这样可以各采集到正弦和余 弦两幅条纹图,光强函数分别为 /, (x, j') = a(x,r) + ^(^,_v)sin(2^/;x + ⑶ /6(x,_v) = ^(x, v) + Z)(x,]〇cos(2^/;x + A^(x,j')) (g) /7(x,_v) = i3(x, v) + v)sin(2^3x + A^3(x,_v)) ⑵ /8(x,_v) = a(x, v) + /?(x, v)cos(2^x + A^3(x,j')) (8) 利用式(4)求得a (x,y),代入式(9)和式(10)可求频率&和&变形条纹图像的包裹 相位值4和d WfxJ)其中In(x, y)代表第n幅图像光强,a(x, y)是平均光强度系数,arctan为求解反正切 函数。3. 根据权利要求1所述的外差式三频不等步相移解相位方法,其特征在于,步骤(3) 中, 直接使用传统滤波方法对实际包裹相位图进行滤波,去除噪声的同时会损失相位周期 跳变信息;由于正、余弦图像的灰度值是连续变化的,对正、余弦图像滤波不会损害原图像 的周期跳变信息部分,本算法提出采用正余弦滤波方法对光栅投影三维测量过程中的包裹 相位图进行滤波,先计算相位图的正、余弦结果图,然后再将这两幅图像根据条纹方向信息 在等值线窗口内进行中值滤波,去...
【专利技术属性】
技术研发人员:耿磊,刘文超,肖志涛,张芳,吴骏,李月龙,杨振杰,叶琨,甘鹏,
申请(专利权)人:天津工业大学,
类型:发明
国别省市:天津;12
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