一种基于周期编码的快速相位解缠方法技术

本发明专利技术属于计算机视觉中结构光三维视觉测量技术领域，具体涉及一种基于周期编码的快速相位解缠方法。本发明专利技术包括：制作编码光栅：包括四幅相移90度的水平方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅水平方向光栅、四幅相移90度的垂直方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅垂直方向光栅；使用投影仪依次将编码光栅图像投射到被测物体上，并使用相机分别捕获并保存；对得到的每组图像进行求解，得到行、列方向上的包裹相位，并确定第一层周期信号等。本发明专利技术适合大分辨率的投射光栅，提高了测量的分辨率，为测量精度的提高奠定了基础。对每个位置独立进行相位解缠，计算误差不会累积，计算精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机视觉中结构光三维视觉测量
，具体涉及一种一种基于周期编码的快速相位解缠方法。
技术介绍
结构光视觉测量是一种新的物体三维表面形状的测量方法，以非接触、方便快速、较高的精度等特点，近年来在工业检测、虚拟现实、文物保护和医学工程等领域得到了广泛的应用。正弦光栅编码结构光视觉测量是其中较为典型的测量方法之一。无论是时域相位调制，还是频域相位调制，最终要获得相位主值，都必须用到反正切函数，根据反三角函数的固有性质，这些相位值仅是每一点的实际相位对应在2π主值区间内的值，即被包裹到(0,2π)内的包裹相位值，所以需要把不连续的包裹相位值解缠恢复为连续的绝对相位，即进行相位解缠。相位解缠面临的主要问题是，如何提高解缠的精度和加快解缠的速度，解缠的精度和速度是一对矛盾体，追求高精度的同时往往带来解缠速度的下降；而一味追求解缠速度，常出现解缠错误或误差累积的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种大分辨率投射模式的基于周期编码的快速相位解缠方法。本专利技术的目的是这样实现的：1)制作编码光栅：包括四幅相移90度的水平方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅水平方向光栅、四幅相移90度的垂直方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅垂直方向光栅；2)使用投影仪依次将编码光栅图像投射到被测物体上，并使用相机分别捕获并保存；3)对得到的每组图像进行求解，得到行、列方向上的包裹相位，并确定第一层周期信号；设共投射N幅正弦光栅图像，则相邻的两幅光栅图像的相位差值为2π/N，若In表示第n幅捕获图像上点的光强，则有：其中，a(x,y)为背景光强，而b(x,y)为被测物体表面的反射率，φ(x,y)为相机捕获的变形光栅的相位，N≥3：使用四步相移法进行测量，即N取为4：分别对图像的捕获图计算得到相应的包裹相位，其中行的包裹相位为φg1，对φg1阶梯进行编号取整得到E：E＝int(φg1/(0.25π)+0.5)；4)提取嵌入的第二层周期信号，得到绝对相位；对产生图像的捕获图，以In表示第n幅捕获图像光强，则有提取公式:D(x,y)＝(I1(x,y)+I3(x,y)-I2(x,y)-I4(x,y))/(2×r0(x,y))其中r0(x,y)为被测物体表面的反射率；对D(x,y)中各阶梯进行分辨，并进行取整得到编号U；融合第一层与第二层周期信息得到完整的周期信息K：K＝E×5+U合并得到行的绝对相位：φa(x,y)＝K×2π+φs其中，φa为得到的行的绝对相位；5)对步骤4)得到的结果的毛刺进行纠正，得到最终的相位解缠结果。本专利技术的有益效果在于：(1)适合大分辨率的投射光栅，提高了测量的分辨率，为测量精度的提高奠定了基础。(2)对每个位置独立进行相位解缠，计算误差不会累积，计算精度高；不需要按路径逐点相位解缠，计算时间短。(3)所需的投射模式少。附图说明图1为生成的标准水平方向正弦光栅。图2为生成的标准垂直方向正弦光栅。图3为归一化后第600列C(0)-C(1)范围图；图4为归一化后第600列第二层周期设计模式图；图5为归一化后第600列C(0)模式图；图6为生成的组1水平方向光栅；图7为生成的组1垂直方向光栅；图8(a)为标准正弦光栅的相位解缠结果；图8(b)为组1第一层周期；图8(c)为组1第二层周期原始图；图8(d)为组1第二层周期取整图；图9为第800列融合周期图；图10为第800列的绝对相位值图；图11为误差纠正后的第800列的绝对相位值；图12为本专利技术流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。大分辨率的编码光栅可以提高测量的分辨率。本专利技术基于1280*800分辨率的编码光栅，设计了相应的相位解缠方法。首先投射两组四步相移水平方向编码光栅和垂直方向编码光栅。相机捕获光栅。对捕获图像进行包裹相位计算，得到包裹相位图，根据包裹相位图进行相位解缠，得到绝对相位图。对得到的绝对相位图进行误差纠正，得到最终的绝对相位图。本专利技术的具体实施步骤是：步骤一：制作二组四步相移水平方向编码光栅和垂直方向编码光栅，其中：组一是提供周期信号的编码光栅，组二为正弦光栅；步骤二：使用投影仪依次将编码光栅图像投射到被测物体上，并使用相机分别捕获并保存；步骤三：对捕获的二组编码光栅进行解码，先计算两组的相位图像，其中:组一得到第一层周期信息，组二得到包裹相位。然后对组一按提取公式提取第二层周期信息；步骤四：将组一的第一层与第二层周期信息进行融合计算，得到阶梯状周期信息，与组二的包裹相位图像融合解缠，得到绝对相位；步骤五：对得到的绝对相位进行误差纠正，得到最终的相位展开值。所述步骤一中组一中第一层周期信息为相位编码，第二层周期信息为灰度编码，具有不同分辨率，并融合在一组光栅中，可以产生适合大分辨率投射光栅的周期信息，并减少了投射模式的数量。对于图1生成的标准水平方向正弦光栅；(a)为0°水平方向正弦光栅；(b)为90°水平方向正弦光栅；(c)为180°水平方向正弦光栅；(d)为270°水平方向正弦光栅；对于图2生成的标准垂直方向正弦光栅；(a)0°为垂直方向正弦光栅；(b)为90°垂直方向正弦光栅；(c)为180°垂直方向正弦光栅；(d)为270°垂直方向正弦光栅。对于图6生成的组1水平方向光栅；(a)为0°水平方向光栅；(b)为90°水平方向光栅；(c)为180°水平方向光栅；(d)为270°水平方向光栅；对于图7的生成的组1垂直方向光栅；(a)为0°垂直方向光栅；(b)为90°垂直方向光栅；(c)为180°垂直方向光栅；(d)为270°垂直方向光栅。对于图8的对捕获的水平方向光栅的相位解缠结果；(a)为标准正弦光栅；(b)为组1第一层周期；(c)为组1第二层周期原始图；(d)为组1第二层周期取整图。其具体步骤：1)制作编码光栅：包括四幅相移90度的水平方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅水平方向光栅、四幅相移90度的垂直方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅垂直方向光栅。当投影仪投射出的图像的光强满足正弦分布时，那么其光强则可以用(1)式表示：I0(x,y)＝r0(x,y){A(x,y)+B(x,y)cosφ(x,y)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于周期编码的快速相位解缠方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制作编码光栅：包括四幅相移90度的水平方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅水平方向光栅、四幅相移90度的垂直方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅垂直方向光栅；2)使用投影仪依次将编码光栅图像投射到被测物体上，并使用相机分别捕获并保存；3)对得到的每组图像进行求解，得到行、列方向上的包裹相位，并确定第一层周期信号；设共投射N幅正弦光栅图像，则相邻的两幅光栅图像的相位差值为2π/N，若In表示第n幅捕获图像上点的光强，则有：In(x,y)=a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)+2π(n-1)N]]]>其中，a(x,y)为背景光强，而b(x,y)为被测物体表面的反射率，φ(x,y)为相机捕获的变形光栅的相位，N≥3：φ(x,y)=-arctanΣn=1NIn(x,y)sin[2π(n-1)/N]Σn=1NIn(x,y)cos[2π(n-1)/N]]]>使用四步相移法进行测量，即N取为4：φ(x,y)=arctan(I4-I2I1-I3)]]>分别对图像的捕获图计算得到相应的包裹相位，其中行的包裹相位为φg1，对φg1阶梯进行编号取整得到E：E＝int(φg1/(0.25π)+0.5)；4)提取嵌入的第二层周期信号，得到绝对相位；对产生图像的捕获图，以In表示第n幅捕获图像光强，则有提取公式:D(x,y)＝(I1(x,y)+I3(x,y)‑I2(x,y)‑I4(x,y))/(2×r0(x,y))其中r0(x,y)为被测物体表面的反射率；对D(x,y)中各阶梯进行分辨，并进行取整得到编号U；融合第一层与第二层周期信息得到完整的周期信息K：K＝E×5+U合并得到行的绝对相位：φa(x,y)＝K×2π+φs其中，φa为得到的行的绝对相位；5)对步骤4)得到的结果的毛刺进行纠正，得到最终的相位解缠结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于周期编码的快速相位解缠方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制作编码光栅：包括四幅相移90度的水平方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅水平方向光栅、四幅相移90度的垂直方向标准正弦光栅、用于确定包裹相位周期信息的四幅垂直方向光栅；2)使用投影仪依次将编码光栅图像投射到被测物体上，并使用相机分别捕获并保存；3)对得到的每组图像进行求解，得到行、列方向上的包裹相位，并确定第一层周期信号；设共投射N幅正弦光栅图像，则相邻的两幅光栅图像的相位差值为2π/N，若In表示第n幅捕获图像上点的光强，则有：In(x,y)=a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)+2π(n-1)N]]]>其中，a(x,y)为背景光强，而b(x,y)为被测物体表面的反射率，φ(x,y)为相机捕获的变形光栅的相位，N≥3：φ(x,y)=-arctanΣn=1NIn(x,y)sin[2π(n-1)/N&...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆军，邵强，徐奇，郭聪玲，夏桂华，朱齐丹，蔡成涛，韩吉瑞，王富云，王婉佳，马康伟，张艺竞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23