一种光学动态三维测量的相位解包裹方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光学动态三维测量的相位解包裹方法和装置，该方法的主要特点是在动态连续测量时，将前一次测量所得的解包裹相位作为参考相位对本次测量所得的包裹相位进行解包裹。本发明专利技术所公开的方法高效快捷、易于实现；能够大大减少连续多次测量所需采集图片的数目，显著缩短测量时间，提高动态测量的效率；可以解决动态测量中物体运动造成的边界相位解包裹异常问题；可以抵抗更大的相位误差，减轻随机噪声和物体运动等因素引起的相位误差对相位解包裹的影响；可以应用于具有不连续表面的复杂对象的三维形貌动态测量。面的复杂对象的三维形貌动态测量。面的复杂对象的三维形貌动态测量。

【技术实现步骤摘要】
一种光学动态三维测量的相位解包裹方法和装置


[0001]本专利技术属于光学三维测量
，具体涉及一种光学动态三维测量的相位解包裹方法和装置。

技术介绍

[0002]高效率、高精度的动态三维形貌、形变测量在航空航天、机械制造等领域需求广泛，基于结构光法的三维形貌测量技术在静态测量方面得到了充分的发展，但其在动态测量上的应用还存在很多亟待解决的问题。基于相位测量的光学三维测量技术往往需要对包裹相位进行解包裹，常用的方法有空间相位解包裹法和时域相位解包裹法。空间相位解包裹法不需要额外采集用于解包裹的图片，数据采集速度快，可以提高测量速度。但是这种方法得到的相位是相对相位，难以测量不连续的表面或多个物体，不适合应用于复杂场景的测量。并且这种方法难以实现并行计算，解包裹速度稍慢。时域相位解包裹法能够求解出绝对相位的分布，鲁棒性强。并且它容易实现并行计算，解包裹速度快。但是它需要采集额外的图片，这会增加数据采集时间，降低采样帧率，并且此时物体运动引起的相位误差和变化会增大解包裹错误率。所以，以上相位解包裹方法在动态测量中还存在一些亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点、提高光学三维测量轮廓术的测量效率和精度，本专利技术提出一种简单、高效的光学动态三维测量的相位解包裹方法和装置。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所述一种光学动态三维测量的相位解包裹方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：采集一组固定频率的正弦条纹图和时域相位解包裹法所需的图片，使用时域相位解包裹法计算所述正弦条纹图的解包裹相位图，并将解包裹相位图中背景点处的相位设为无效值，转到步骤7；
[0006]步骤2：将解包裹相位图记为参考相位图，采集一组固定频率的正弦条纹图，计算其包裹相位图；
[0007]步骤3：检测包裹相位图的背景点和相位异常点，将背景点和相位异常点标记为无效点；
[0008]步骤4：借助参考相位图，对包裹相位图中的非无效点进行解包裹得到解包裹相位图，在解包裹的过程中检测疑似存在解包裹错误的点并标记为候选点，将既不是无效点、又不是候选点的点标记为有效点；
[0009]步骤5：判断各个候选点是否是灰度边界点，若是则将该候选点标记为无效点，并将解包裹相位图在该点处的相位设为无效值，若不是，则不做操作；
[0010]步骤6：利用空间相位解包裹法对所有候选点进行解包裹，并用解包裹结果代替解包裹相位图中相应点处的原有相位值；
[0011]步骤7：检测解包裹相位图中的相位异常点并校正其相位，将校正失败的异常相位设为无效值；
[0012]步骤8：检测测量状态：
[0013]若满足终止条件，则结束测量；
[0014]否则，判断是否满足设定条件：若满足设定条件，则回到步骤1，否则回到步骤2。
[0015]进一步的，步骤3中，相位异常点的判定条件为
[0016]{(x，y)|G
φx
(x，y)≥T
x
}∪{(x，y)|G
φy
(x，y)≥T
y
}
[0017]式中，G
φx
(x，y)为包裹相位图φ
h
(x，y)的横向解包裹相位梯度，G
φy
(x，y)为包裹相位图φ
h
(x，y)的纵向解包裹相位梯度，T
x
和T
y
为设定的阈值，对一点(u，v)，G
φx
(u，v)和G
φy
(u，v)的计算公式为
[0018]G
φx
(u，v)＝max{|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u
‑
1，v)|，|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u+1，v)|}
[0019]G
φy
(u，v)＝max{|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u，v
‑
1)|，|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u，v+1)|}
[0020]式中
[0021][0022][0023][0024][0025]其中，φ
h
(u
‑
1,v)、φ
h
(u+1,v)、φ
h
(u,v
‑
1)和φ
h
(u,v+1)是点(u,v)四邻域的包裹相位值，Φ
a
(u
‑
1,v)、Φ
a
(u+1,v)、Φ
a
(u，v
‑
1)和Φ
a
(u，v+1)是点(u，v)四邻域的解包裹相位值。
[0026]进一步的，步骤2中，采集的正弦条纹图的频率与步骤1中最高频条纹图的频率相等。
[0027]进一步的，步骤4中，解包裹的公式为
[0028]Φ
h
(x，y)＝φ
h
(x,y)+2π
·
round[k
raw
(x，y)][0029]式中，Φ
h
(x，y)为解包裹相位图，φ
h
(x,y)为包裹相位图，round(*)表示对*四舍五入，k
raw
为原始条纹级数，其定义为
[0030][0031]式中，Φ
ref
(x，y)为参考相位图，该步骤中从非无效点中检测候选点的判定条件为
[0032]{(x,y)|Φ
ref
(x,y)为无效值}∪{(x,y)||FOI(x，y)|≥T
k
}
[0033]式中，T
k
为设定的阈值，FOI(x，y)为条纹级数不准度，其定义为
[0034]FOI(x，y)＝k
raw
(x，y)
‑
round[k
raw
(x，y)]。
[0035]进一步的，步骤5中，灰度边界点的判定条件为：
[0036]{(x，y)|G
I
(x,y)≥T
I
}
[0037]式中，G
I
(x,y)为条纹背景项的灰度梯度，T
I
为设定的阈值。
[0038]进一步的，步骤5之前，对候选点区域进行膨胀，并将膨胀结果与有效点的交集标记为候选点；
[0039]对候选点区域进行膨胀的操作包括：
[0040]1)将左方N1个连续点中存在无效点或候选点、且右方N2个连续点中存在无效点或候选点的有效点标记为候选点；
[0041]2)将上方N3个连续点中存在无效点或候选点、且下方N4个连续点中存在无效点或候选点的有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学动态三维测量的相位解包裹方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集一组固定频率的正弦条纹图和时域相位解包裹法所需的图片，使用时域相位解包裹法计算所述正弦条纹图的解包裹相位图，并将解包裹相位图中背景点处的相位设为无效值，转到步骤7；步骤2：将解包裹相位图记为参考相位图，采集一组固定频率的正弦条纹图，计算其包裹相位图；步骤3：检测包裹相位图的背景点和相位异常点，将背景点和相位异常点标记为无效点；步骤4：借助参考相位图，对包裹相位图中的非无效点进行解包裹得到解包裹相位图，在解包裹的过程中检测疑似存在解包裹错误的点并标记为候选点，将既不是无效点、又不是候选点的点标记为有效点；步骤5：判断各个候选点是否是灰度边界点，若是则将该候选点标记为无效点，并将解包裹相位图在该点处的相位设为无效值，若不是，则不做操作；步骤6：利用空间相位解包裹法对所有候选点进行解包裹，并用解包裹结果代替解包裹相位图中相应点处的原有相位值；步骤7：检测解包裹相位图中的相位异常点并校正其相位，将校正失败的异常相位设为无效值；步骤8：检测测量状态：若满足终止条件，则结束测量；否则，判断是否满足设定条件：若满足设定条件，则回到步骤1，否则回到步骤2。2.根据权利要求1所述的一种光学动态三维测量的相位解包裹方法，其特征在于，所述步骤3中，相位异常点的判定条件为{(x，y)|G
φx
(x，y)≥T
x
}∪{(x，y)|G
φy
(x，y)≥T
y
}式中，G
φx
(x，y)为包裹相位图φ
h
(x，y)的横向解包裹相位梯度，G
φy
(x，y)为包裹相位图φ
h
(x，y)的纵向解包裹相位梯度，T
x
和T
y
为设定的阈值，对一点(u，v)，G
φx
(u，v)和G
φy
(u，v)的计算公式为G
φx
(u，v)＝max{|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u
‑
1，v)|，|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u+1，v)|}G
φy
(u，v)＝max{|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u，v
‑
1)|，|φ
h
(u，v)
‑
Φ
a
(u，v+1)|}式中中中中
其中，φ
h
(u
‑
1，v)、φ
h
(u+1，v)、φ
h
(u，v
‑
1)和φ
h
(u，v+1)是点(u，v)四邻域的包裹相位值，Φ
a
(u
‑
1，v)、Φ
a
(u+1，v)、Φ
a
(u，v
‑
1)和Φ
a
(u，v+1)是点(u，v)四邻域的解包裹相位值。3.根据权利要求1所述的一种光学动态三维测量的相位解包裹方法，其特征在于，所述步骤2中，采集的正弦条纹图的频率与步骤1中最高频条纹图的频率相等。4.根据权利要求3所述的一种光学动态三维测量的相位解包裹方法，其特征在于，所述步骤4中，解包裹的公式为Φ
h
(x，y)＝φ
h
(x，y)+2π
·
round[k
raw
(x，y)]式中，Φ
h
(x，y)为解包裹相位图，φ
h
(x，y)为包裹相位图，round(*)表示对*四舍五入，k
raw
为原始条纹级数，其定义为式中，Φ
ref
(x，y)为参考相位图，该步骤中从非无效点中检测候选点的判定条件为{(x，y)|Φ
ref
(x，y)为无效值}∪{(x，y)||FOI(x，y)|≥T
k
}式中，T
k
为设定的阈值，FOI(x，y)为条纹级数不准度，其定义为FOI(x，y)＝k
raw
(x，y)
‑
round[k
raw
(x，y)]。5.根据权利要求1所述的一种光学动态三维测量的相位解包裹方法，其特征在于，所述步骤5中，灰度边界点的判定条件为：{(x，y)|G
I
(x，y)≥T
I
}式中，G
I

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，鲍勍慷，张春伟，刘发恒，张天宇，张振洋，
申请(专利权)人：西安交通大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：