一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法，二维S变换是一维S变换方法的拓展，利用二维S变换对条纹进行分析和处理时，窗口大小同时受到条纹瞬时频率两个方向的控制，且不同的局部条纹采用不同尺寸的窗口分析。因此，待分析像素点调制度值的计算结合和利用了周围两个维度像素点的信息，从而能够更准确地获得每个位置的信息，提取条纹调制度值分布。本发明专利技术除保留原有调制度测量轮廓术所具有的垂直测量优点外，其还具有三维面形高精度、快速度测量的特点。所以说基于二维S变换取脊方法的调制度测量轮廓方法能够完整地保留被测物体三维面形的细节部分，在三维测量技术方面具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法
本专利技术涉及结构光投影三维面形测量技术，具体地说是一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法。
技术介绍
目前，物体表面三维轮廓测量技术在机器视觉、生物医学、工业检测、快速成型、影视特技、产品质量控制等领域具有重要意义。光学三维传感技术，由于其具有非接触、高精度、易于自动控制等优点获得很大发展。现有的光学三维传感方法主要包括：三角测量法、莫尔条纹法(MoiréTopography，简称MT)、傅里叶变换轮廓术(FourierTransformProfilometry,简称FTP)、空间位相检测术(SpatialPhaseDetection,简称SPD)、位相测量轮廓术(PhaseMeasuringProfilometry,简称PMP)、调制度测量轮廓术(ModulationMeasurementProfilometry,简称MMP)等，这些方法都是通过对受物体三维面形调制的空间结构光场进行解调来获得物体三维面形信息。在大多数结构光三维测量系统中，结构光投影方向和摄像机探测方向之间存在一个夹角，因此投影一个正弦光栅(直条纹)到被测三维表面，从另一个方向观察到的是变形条纹，通过计算条纹的变形量重建三维面形。投影光轴和观察光轴之间的夹角越大，变形量越大，重建精度越高。然而，对于复杂的三维面形，夹角越大可能产生的遮挡和阴影问题越严重；与三角测量相对应，将投影光轴和观察光轴重合的测量方法称为“垂直测量”，基于调制度信息的三维面形测量方法采用了垂直测量原理，从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制，可以实现对表面高度变化剧烈或不连续的物体的测量。在现有的调制度测量轮廓术中，采用多帧条纹处理技术和单帧条纹处理技术均可获得条纹的调制度信息。在多帧条纹处理技术中，对每一位置采集N(N≧3)帧相移条纹图，利用N步相移方法计算调制度信息，但是该方法将增加扫描过程中图像的采集数量，不仅影响了测量速度，而且还增加了图像的采集数量，不利于其实用性。在现有的单帧条纹处理技术中，对每一位置仅采集一帧条纹图，利用傅里叶变换方法、小波变换方法提取条纹调制度信息。但是傅里叶变换方法对每帧图片进行单独处理，该方法属于空(时)—频全局分析技术，各个像素点之间的相互影响以及滤波操作很可能导致物体细节信息的丢失，进而会严重影响到测量的精度；小波变换虽然具有多分辨率特性以及良好的时频局域分析能力，克服了傅里叶变换方法的缺陷，能够自适应地反映条纹图的低频和高频成分，但仅能估计局部的功率谱，并且与傅里叶变换联系不大；而一维S变换结合了窗口傅里叶变换和小波变换的优点，适合于解调具有非平稳特性的变形条纹图，该方法不仅具有多分辨率的特性，同时还具有变换唯一的特性，即时频变换可逆，但是该方法是对条纹进行逐行分析，并没有充分利用另一维度的信息。综上可知，现有技术均存在一定的弊端。
技术实现思路
鉴于现有调制度测量轮廓术存在测量精度低的弊端，本专利技术提供了一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法，以有效解决
技术介绍
中所提及的技术问题。一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法，包括如下步骤：S1、标定测量系统以建立条纹图的调制度和高度的映射关系；S2、获取光栅扫描被测物体时，光栅的像投影在被测物体表面上的条纹图；S3、利用二维S变换取脊方法获得各条纹图所对应的调制度信息；S4、获取各条纹图中同名像素点的调制度最大值，根据所述的映射关系，查找调制度最大值对应的高度值，从而得到被测物体的三维面形。进一步的，所述二维S变换取脊方法核心思想为：对条纹进行处理时，针对不同局部条纹采用不同尺寸的窗口进行分析且窗口大小受待分析局部条纹瞬时频率两个方向的控制，由此获得对应的条纹调制度值的分布。更进一步的，鉴于信号h(x,y)的二维S变换公式表示为以及鉴于光栅成像面前后的模糊像在(u,v)位置处的表达式：在所述的二维S变换取脊方法中，将模糊像在(u,v)位置处条纹的近似表达式代入二维S变换公式获得采集的条纹图对应的二维S变换系数公式：其中因为fu>0，且fv>0，|S(u,v,fu,fv；δ)|取最大值时，即为二维S变换在位置(u,v)处的脊，进而得到由于因此，S0(u,v,fu,fv；δ)≈0，S2(u,v,fu,fv；δ)≈0,进而，在条纹图位置(u,v)处对应的二维S变换系数公式中的调制度近似为|S(u,v,fu,fv；δ)|＝|S0+S1+S2|＝|S0|+|S1|+|S2|≈|S1|即，位置(u,v)处的调制度值为当计算遍历条纹每个像素点时，即可获得该幅条纹图的调制度信息：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提出采用二维S变换取脊方法实现的结构光三维面形垂直测量，其特征在对条纹进行分析和处理时，窗口大小同时受到条纹瞬时频率两个方向的控制，且不同的局部条纹采用不同尺寸的窗口进行分析；由于二维S变换结合了窗口傅里叶变换和小波变换的优点，同时也是一维S变换方法的拓展，适合于解调具有非平稳特性的变形条纹图，该方法不仅具有多分辨率的特性，同时还具有变换唯一的特性，即时频变换可逆，其变换系数还与该信号的傅里叶频谱有着直接的联系；因此，本专利技术提出采用二维S变换取脊方法在待分析像素点调制度值的计算结合和利用了周围两个维度像素点的信息，从而能够更准确地获得每个位置的信息，提取该位置的“脊”值；除保留原有调制度测量轮廓术所具有的垂直测量优点外，本专利技术还具有三维面形高精度、快速度测量的特点，能够更为完整地保留被测物体三维面形的细节部分，在三维测量技术方面具有良好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而该专利技术不只限于本实例中所涉及的内容。图1是本专利技术具体实施方式中方法对应的原理图；图2是本专利技术具体实施方式中方法对应的本实施例中被测三维物体--一个弥勒佛的模型；图3是实施例中采集图片中第300帧的条纹图；图4是图4是图3中像素点(455，500)二维S变换的频谱；图5、图6分别是利用二维S变换取脊方法和一维S变换取脊方法重建的被测物体三维面形图；图7和图8分别是二维S变换取脊方法以及一维S变换取脊方法所得被测物体左耳的三维面形图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。鉴于现有单帧条纹分析技术的诸多弊端，即针对调制度测量轮廓术测量精度低。本专利技术通过二维S变换取脊方法提取条纹中的调制度信息，该方法对条纹进行两个方向的分析，根据x和y轴两个方向的信息来分析和处理条纹，并由此提取条纹任意像素点的调制度值。不仅提高了条纹调制度提取的准确性，还提高了三维面形测量的精度。基于上述设计方案，本专利技术设计了一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法，其包括如下步骤：S1、标定测量系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、标定测量系统以建立条纹图的调制度和高度的映射关系；S2、获取光栅扫描被测物体时，光栅的像投影在被测物体表面上的条纹图；S3、利用二维S变换取脊方法获得各条纹图所对应的调制度信息；S4、获取各条纹图中同名像素点的调制度最大值，根据所述的映射关系，查找调制度最大值对应的高度值，从而重建被测物体的三维面形。

【技术特征摘要】
1.一种基于二维S变换取脊方法的三维面形垂直测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、标定测量系统以建立条纹图的调制度和高度的映射关系；S2、获取光栅扫描被测物体时，光栅的像投影在被测物体表面上的条纹图；S3、利用二维S变换取脊方法获得各条纹图所对应的调制度信息；S4、获取各条纹图中同名像素点的调制度最大值，根据所述的映射关系，查找调制度最大值对应的高度值，从而重建被测物体的三维面形。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维S变换取脊方法对条纹进行处理时，针对不同局部条纹采用不同尺寸的窗口进行分析且窗口大小受到待分析局部条纹瞬时频率两个方向的控制，由此获得对应的条纹调制度值的分布。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，鉴于信号h(x,y)的二维S变...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟敏，陈锋，肖朝，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51