一种相位格雷码三维测量方法技术

一种相位格雷码三维测量方法属于结构光三维测量技术领域。该方法包括以下步骤：首先，生成相位格雷码的四步余弦相移条纹图案；然后，依次投射各位余弦相移条纹图案并同步采集余弦相移条纹图像；第三，根据四步相移法获取余弦相移条纹图像的相位码字；第四，将相位码字转换为相位格雷码字；第五，将相位格雷码字转换为二进制码字；第六，将二进制码转换为十进制码；最后，根据三角法使用十进制码计算被测表面三维坐标、形成三维图像。本发明专利技术有益效果在于：相比格雷码三维测量方法，本发明专利技术方法具有更强的抗干扰能力，有效地减少了强度干扰带来的解码误差及其导致的测量误差，明显提升了三维成像效果。了三维成像效果。了三维成像效果。

【技术实现步骤摘要】
一种相位格雷码三维测量方法


[0001]一种相位格雷码三维测量方法属于结构光三维测量


技术介绍

[0002]图像因信息量大而得到广泛应用。然而，传统的二维图像因损失了深度信息而难以反映出真实的三维客观世界。因此，基于各种原理的三维测量技术应运而生。其中，属于光学非接触三维测量技术的结构光三维测量方法最具实用性和发展前景。
[0003]结构光三维测量方法向被测景物表面投射编码光图案，然后采集经被测景物表面调制后的编码光图像，再根据三角法通过图像处理和运算得到被测表面的三维坐标。格雷码其码字由0和1组成而编码简单；该编解码不仅在最低位出错仅导致
±
1的误差，而且在任意位其跳变点左右不超过最低位码字宽度的范围内出错也仅导致
±
1的误差，从而保证了错误最小化；另外，它采用时间域编码而不存在译码误差累计问题。因此，格雷码最适合用于解决高度剧烈变化或不连续表面的三维测量难题。
[0004]但是，实际中格雷码图像因测量系统硬件噪声、环境干扰以及被测表面物理和几何特性的影响必然存在畸变，其跳变边缘即亮(+1)暗(
‑
1)的边界在物理上也必然存在过渡区，这些干扰因素均给格雷码图像带来强度误差，结果导致格雷码误差和三维测量误差。因此，提升格雷码的抗干扰能力有益于减少格雷码误差及其导致的测量误差、提升三维成像质量。

技术实现思路

[0005]为了提升格雷码的抗干扰能力，本专利技术公开了一种相位格雷码三维测量方法，相比于现有格雷码三维测量方法，本专利技术方法将强度转换为相位后再通过相位确定码字，有效地减少了强度干扰带来的解码误差及其导致的测量误差，明显提升了三维成像效果。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：
[0007]一种相位格雷码三维测量方法，包括以下步骤：
[0008]步骤a、生成n位相位格雷码中第i位的四步余弦相移条纹图案：
[0009][0010][0011][0012][0013]其中，i＝1,2,
…
,n；(x,y)为图案像素点坐标；I
i1
(x,y)为第一步余弦相移条纹图案像素强度，I
i2
(x,y)为第二步余弦相移条纹图案像素强度，I
i3
(x,y)为第三步余弦相移条纹图案像素强度，I
i4
(x,y)为第四步余弦相移条纹图案像素强度；A
i
(x,y)为图案像素平均
强度；B
i
(x,y)为图案像素调制强度；为第i位的相位码字，且：
[0014][0015]其中，T
i
为第i位余弦相移条纹的周期，且T
i+1
＝T
i
/2；floor( )为向下取整函数；任意两个相邻的数之间转换时只有一个数位发生变化、属于循环码；定义第i位的相位格雷码字G
i
(x,y)为：
[0016][0017]其中，G
i
(x,y)∈{0,1}；
[0018]步骤b、用投影仪按时序依次将各位余弦相移条纹图案I
i1
(x,y)、I
i2
(x,y)、I
i3
(x,y)、I
i4
(x,y)投射到被测表面，再用相机同步采集由被测表面形状调制后的余弦相移条纹图像像
[0019]步骤c、根据四步相移法利用余弦相移条纹图像逐像素点计算其相位码字
[0020][0021]步骤d、将相位码字转换为相位格雷码字
[0022][0023]其中，round()为四舍五入取整函数；
[0024]步骤e、将相位格雷码字转换为二进制码字
[0025][0026][0027]其中，表示异或；
[0028]步骤f、将二进制码转换为十进制码D
c
：
[0029][0030]步骤g、根据三角法使用十进制码计算被测表面三维坐标、形成三维图像。
[0031]有益效果：相比格雷码三维测量方法，本专利技术方法抗干扰能力更强，有效地减少了强度干扰带来的解码误差及其导致的测量误差，明显提升了三维成像效果。
附图说明
[0032]图1为本专利技术方法流程图。
[0033]图2为第i位相位格雷码的第一步余弦相移条纹图案中一行像素的强度曲线。
[0034]图3为第i位相位格雷码的第二步余弦相移条纹图案中一行像素的强度曲线。
[0035]图4为第i位相位格雷码的第三步余弦相移条纹图案中一行像素的强度曲线。
[0036]图5为第i位相位格雷码的第四步余弦相移条纹图案中一行像素的强度曲线。
[0037]图6为第i位相位格雷码中一行相位码字曲线。
[0038]图7为第i位相位格雷码中一行相位格雷码字曲线。
[0039]图8为实验一中被测平面。
[0040]图9为实验一中干扰为0％时本专利技术方法得到的三维测量结果(不出现干扰导致的测量误差)。
[0041]图10为实验一中干扰为25％时本专利技术方法得到的三维测量结果(不出现干扰导致的测量误差)。
[0042]图11为实验一中干扰为49％时本专利技术方法得到的三维测量结果(从此开始出现干扰导致的测量误差)。
[0043]图12为实验一中干扰为0％时格雷码方法得到的三维测量结果(不出现干扰导致的测量误差)。
[0044]图13为实验一中干扰为25％时格雷码方法得到的三维测量结果(从此开始出现干扰导致的测量误差)。
[0045]图14为实验一中干扰为49％时格雷码方法得到的三维测量结果(出现了更多的干扰导致的测量误差)。
[0046]图15为实验二中被测浮雕圆盘。
[0047]图16为实验二中干扰为0％时本专利技术方法得到的三维测量结果(不出现干扰导致的测量误差)。
[0048]图17为实验二中干扰为9％时本专利技术方法得到的三维测量结果(不出现干扰导致的测量误差)。
[0049]图18为实验二中干扰为18％时本专利技术方法得到的三维测量结果(从此开始出现干扰导致的测量误差)。
[0050]图19为实验二中干扰为0％时格雷码方法得到的三维测量结果(不出现干扰导致的测量误差)。
[0051]图20为实验二中干扰为9％时格雷码方法得到的三维测量结果(从此开始出现干扰导致的测量误差)。
[0052]图21为实验二中干扰为18％时格雷码方法得到的三维测量结果(出现了更多的干扰导致的测量误差)。
具体实施方式
[0053]下面结合附图对本专利技术具体实施方式作进一步详细描述。
[0054]本专利技术一种相位格雷码三维测量方法，其具体流程如图1所示，包括以下步骤：
[0055]步骤a、生成n位相位格雷码中第i位的四步余弦相移条纹图案：
[0056][0057][0058][0059][0060]其中，i＝1,2,
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相位格雷码三维测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤a、生成n位相位格雷码中第i位的四步余弦相移条纹图案：位相位格雷码中第i位的四步余弦相移条纹图案：位相位格雷码中第i位的四步余弦相移条纹图案：位相位格雷码中第i位的四步余弦相移条纹图案：其中，i＝1,2,
…
,n；(x,y)为图案像素点坐标；I
i1
(x,y)为第一步余弦相移条纹图案像素强度，I
i2
(x,y)为第二步余弦相移条纹图案像素强度，I
i3
(x,y)为第三步余弦相移条纹图案像素强度，I
i4
(x,y)为第四步余弦相移条纹图案像素强度；A
i
(x,y)为图案像素平均强度；B
i
(x,y)为图案像素调制强度；为第i位的相位码字，且：其中，T
i
为第i位余弦相移条纹的周期，且T
i+1
＝T
i
/2；floor()为向下取...

【专利技术属性】
技术研发人员：于双，贾晓扬，赵烟桥，吴海滨，孙晓明，王永鑫，杨文龙，于晓洋，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：