基于波长选择的三条纹投影相位展开方法技术

本发明专利技术公开的基于波长选择的三条纹投影相位展开方法，使用投影机向被测物体投射一组设计好的条纹图像，并由照相机同时拍摄经被测物体表面调制而发生变形的条纹图，从变形条纹图中获取分布在到之间的包裹相位图，再进行相位展开操作使得相位恢复成连续变化的绝对相位值，首次提出选择条纹波长而非频率作为待投影条纹的设计参数，并对不等式的简单计算建立查找表的方式对相位图进行相位展开操作，计算量小且速度快，具有较强的抗干扰性和较高精度，相对比现有的多数三维测量设备所采用的三频外差相位展开算法更高效、更精准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维形貌测量
，尤其是一种基于波长选择的三条纹投影相位展开方法。
技术介绍
人类所处的并能直接感知的世界是三维的，然而现有的通过非接触式获取物体形貌的工具，如照相机、摄像机等均只能以二维的形式重现物体，其不可避免的会造成获得物体形貌信息的丢失。为了更加准确的获取物体的形貌信息，定量地对物体的形貌进行描述，必须对物体的三维形貌进行准确的测量。随着现代科学研究的深入和工业生产水平的不断提高，人们对于物体三维形貌准确测量的需求日益强烈。非接触式光学测量方法以操作简单、实时、精度高等优点越来越受到人们的关注。而其中基于数字条纹投影的三维形貌测量技术是其典型代表，已经被广泛应用于三维传感、机器视觉、工业监控、机械工程等诸多领域，利用数字条纹投影进行三维物体表面形貌测量的方法受到了广泛关注。它利用计算机设计一组数字光条纹，通过投影设备投射到被测物体表面上，然后用照相机将这些被物体表面调制后导致变形的条纹图像记录下来，利用计算机对这些变形图像进行分析处理，最终获得物体表面的三维数据。这种非接触的测量技术相对传统的测量方法有着明显的优势，与常用的需要接触被测物体的测量方法相比，该方法不受物体表面材质和外形曲面影响，特别适合用于某些无法直接接触或者容易磨损的物体(例如古文物等)的形貌测量。值
得注意的是，从变形条纹获取的包裹相位图，必须要进行相位展开操作使得相位恢复成连续变化的才可能结合标定参数获取物体表面的三维数据。现在的主要相位展开方法是基于多频外差原理的，它的相位展开过程主要依靠不同频率光栅图像的相位主值。西安交通大学的研究人员提出了采用两个频率投影条纹的相位展开技术，其中低频率条纹作为高频率条纹相位展开的参考，测量精度较高，计算简单，这种技术发挥了低频条纹相位图大尺度准确，高频条纹相位图细节准确的优点，具有一定的价值。为了进一步提高测量速度，美国肯塔基大学的研究人员给出了两个频率相差更大条纹的测量结果，并提出了利用解调制算法获得准确高频和低频条纹信息的方法。在两频率条纹相位展开技术中，如果两个频率相差过大，将会很容易受到噪声和失真的影响而出错，美国艾奥瓦大学的研究人员提出在高频率和低频率条纹之间增加中间频率条纹的方法来进行准确的相位展开。这种方法虽然可以取得准确精细的相位展开结果，但使用了过多的图像来进行相位展开，效率不高，无法满足条纹形貌测量技术对实时性的要求。还有基于频率选择的多条纹投影算法，这种方法通过分析建立起包裹相位和条纹阶数之间的特殊关系，就能正确的恢复出对应的绝对相位，在保证测量精度的同时大大减小了所需要采集的图像数量，但是该方法对条纹设计约束较大且相位展开过程需要利用单频率条纹进行区间划分，过程相对复杂。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供的基于波长选择的三条纹投影相位展开方法，相对比现有的多数三维测量设备所采用的三频外差相位展开算法更高效、更精准。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：基于波长选择的三条纹投影相位展开方法，以条纹波长作为设计投影条纹图片的参数，该投影条纹图片是一组光强呈正弦分布的光栅图像，该条纹波长为投影条纹每个周期所含的像素数目，使用投影机向被测物体投射一组设计好的条纹图片，并由照相机同时拍摄经被测物体表面调制而发生形变的条纹图，从变形条纹图中获取分布在-π到π之间的包裹相位图，再进行相位展开操作使得相位恢复成连续变化的绝对相位值，具体的相位展开步骤包括：步骤1：根据投影机分辨率R选择合适的三个条纹波长(λ1,λ2,λ3)后，通过求解不等式创建查找表。建立的查找表的表头包括有：m1、m2、m3、m2λ2-m1λ1、m3λ3-m1λ1、m3λ3-m2λ2，其中m1,m2,m3为恢复三个绝对相位所需的条纹阶数；上述不等式如下： - λ 2 < λ 1 φ 1 - λ 2 φ 2 2 π = [ m 2 λ 2 - m 1 λ 1 ] < λ 1 , ]]> - λ 3 < λ 1 φ 1 - λ 3 φ 3 2 π = [ m 3 λ 3 - m 1 λ 1 ] < λ 1 , ]]> - λ 3 < λ 2 φ 2 - λ 3 φ 3 2 π = [ m 3 λ 3 - m 2 λ 2 ] < λ 2 , ]]>0≤m1<R/λ1，0≤m2<R/λ2，0≤m3本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于波长选择的三条纹投影相位展开方法，其特征在于：以条纹波长作为设计投影条纹图片的参数，该投影条纹图片是一组光强呈正弦分布的光栅图像，该条纹波长为投影条纹每个周期所含的像素数目，使用投影机向被测物体投射一组设计好的条纹图片，并由照相机同时拍摄经被测物体表面调制而发生形变的条纹图，从变形条纹图中获取分布在‑π到π之间的包裹相位图，再进行相位展开操作使得相位恢复成连续变化的绝对相位值，具体的相位展开步骤包括：步骤1：根据投影机分辨率R选择合适的三个条纹波长(λ1,λ2,λ3)后，通过求解不等式创建查找表，建立的查找表的表头包括有：m1、m2、m3、m2λ2‑m1λ1、m3λ3‑m1λ1、m3λ3‑m2λ2，其中m1,m2,m3为恢复三个绝对相位所需的条纹阶数；上述不等式如下：-λ2<λ1φ1-λ2φ22π=[m2λ2-m1λ1]<λ1,]]>-λ3<λ1φ1-λ3φ32π=[m3λ3-m1&lambda;1]<λ1,]]>-λ3<λ2φ2-λ3φ32π=[m3λ3-m2λ2]<λ2,]]>0≤m1<R/λ1，0≤m2<R/λ2，0≤m3<R/λ3，其中λ1,λ2,λ3为投影条纹的波长，m1,m2,m3为恢复三个绝对相位所需的条纹阶数，φ1，φ2，φ3为包裹相位图；步骤2：将具有这三个波长的条纹投影到待测物体上并拍照，通过条纹分析技术获取包裹相位图φ1，φ2，φ3；步骤3：根据获取的包裹相位图和查找表建立包裹相位图和进行相位展开所需的条纹阶数之间一一对应的关系；计算[λ1φ1‑λ2φ2]/2π,[λ1φ1‑λ3φ3]/2π,[λ2φ2‑λ3φ3]/2π的值，即m2λ2‑m1λ1、m3(y)λ3‑m1(y)λ1、m3(y)λ3‑m2(y)λ2的值并四舍五入取整，在步骤1所建立的查找表中寻找数值与其最接近的一行，记录下同行的m1,m2,m3值；步骤4：根据绝对相位的计算公式：Φ1=2πm1+φ1Φ2=2πm2+φ2Φ3=2πm3+φ3]]>其中Φ1，Φ2，Φ3为待恢复的绝对相位，将求得的φ1，φ2，φ3值和已得到的m1,m2,m3值代入上述公式进行相位展开，恢复投影条纹的绝对相位。...

【技术特征摘要】
1.基于波长选择的三条纹投影相位展开方法，其特征在于：以条纹波长作为设计投影条纹图片的参数，该投影条纹图片是一组光强呈正弦分布的光栅图像，该条纹波长为投影条纹每个周期所含的像素数目，使用投影机向被测物体投射一组设计好的条纹图片，并由照相机同时拍摄经被测物体表面调制而发生形变的条纹图，从变形条纹图中获取分布在-π到π之间的包裹相位图，再进行相位展开操作使得相位恢复成连续变化的绝对相位值，具体的相位展开步骤包括：步骤1：根据投影机分辨率R选择合适的三个条纹波长(λ1,λ2,λ3)后，通过求解不等式创建查找表，建立的查找表的表头包括有：m1、m2、m3、m2λ2-m1λ1、m3λ3-m1λ1、m3λ3-m2λ2，其中m1,m2,m3为恢复三个绝对相位所需的条纹阶数；上述不等式如下： - λ 2 < λ 1 φ 1 - λ 2 φ 2 2 π = [ m 2 λ 2 - m 1 λ 1 ] < λ 1 , ]]> - λ 3 < λ 1 φ 1 - λ 3 φ 3 2 π = [ m 3 λ 3 - m 1 λ 1 ] < λ 1 , ]]> - λ 3 < λ 2 φ 2 - λ 3 φ 3 2 π = [ m 3 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙佳乐，张建民，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东;44