一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统，首先使用标定平板对测量系统进行预标定，求出耦合强度系数；其次使用该系统分别向待测物投影一幅均匀强度图和一幅彩色条纹图，对两幅图分别去耦后，使用均匀强度图求取背景项和调制度，对彩色条纹图进行去背景和色彩归一化，得到三幅无背景的、色彩归一的条纹图；然后使用相移法对这三幅条纹图求取解调相位；最后对得到的解调相位进行去包裹，得到解包裹相位。经过背景项标定后实现了单幅彩色条纹图相移法解调，既保留了传统灰度相移法解调的鲁棒性，又是实现了快速相位解调，满足了动态三维形貌测量的需求。了动态三维形貌测量的需求。了动态三维形貌测量的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统


[0001]本专利技术属于光学三维测量
，具体涉及一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统。

技术介绍

[0002]近几十年来，动态三维形貌测量技术被广泛的应用于各个领域，机器视觉、工业自动检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学和影视特技制作等。为了实现动态物体的快速三维测量，通常采用多摄像机的立体视觉方法和条纹轮廓术。其中立体视觉由于存在立体匹配的不确定性使测量精度低，且多相机增加了测量成本。而条纹投影轮廓术具有非接触、全场、高精度等优点，得到了广泛的发展和应用。条纹投影轮廓术方法目前主要采用灰度编码和彩色编码两种途径，采集到经待测物调制的变形编码条纹后，通过相位解调、相位解包裹和相位到高度的映射这三个流程重建物体形貌。其中相位解调的速度和精度对三维形貌测量结果具有决定性的意义，因此学者展开了大量的研究。
[0003]在现有的相位解调方法中，最常用的两种方法是空域法和相移法，其中空域法虽然只需采集一幅灰度条纹图就可提取相位，满足动态测量的需求，但当测量对象是表面复杂的物体时，该方法容易出现频谱混叠，导致相位提取错误；而相移法，由于对环境光不敏感、能够获得像素级相位点，且使用多幅图(三幅以上)的强度关系提取相位，因此解调精度高，然而采集多幅图像对于动态测量来说是不可接受的，因为投影仪图案序列中的同一个点可能会由于待测物深度的变化而映射到所采集图像中的不同点，导致解调相位误差，限制了动态测量的精度。然而随着各行各业的发展，对动态物体的测量需求越来越大，且对速度和精度都有了更高的要求，因此需要一种精度和速度兼顾的动态三维形貌测量技术。
[0004]基于以上考虑，随着彩色相机的发展，相比于传统的单通道的灰白相机，彩色相机有三个通道，因此学者们将三幅灰度条纹图编码在一幅彩色条纹图中，减少了图片幅数，提高了投影采集的效率。但在彩色条纹图的使用中，不可避免的是三个通道之间的色彩耦合和不平衡问题。对于色彩耦合问题，可以通过系统预标定方法进行去除；对于色彩不平衡的问题，学者Pan等人投影采集三幅以上彩色条纹图，求取每个通道的背景项和调制度，进行三通道的色彩归一化校正(文献Color
‑
encoded digital fringe projection technique for high
‑
speed 3
‑
D shape measurement:color coupling and imbalance compensation)，该方法归一化精度高，但需要投影采集的图片过多，不适合快速测量。

技术实现思路

[0005]针对现有的动态三维形貌测量技术受到相位解调方法的限制，效率和精度不能同时兼顾的问题，本专利技术目的在于提出一种鲁棒性高的相位解调方法，能够快速求解解调相位，满足动态测量的需求。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所述一种快速彩色条纹图相位解调算法，首先在标定平板上投影三幅红绿蓝均匀图，提取耦合强度系数，对系统进行预标定；；其次使用预标定后
的系统分别向待测物投影一幅均匀强度图和一幅彩色条纹图，对两幅图分别去耦后，使用均匀强度图求取背景项和调制度，对彩色条纹图进行去背景和色彩归一化，得到三幅无背景的、色彩归一的灰度条纹图；然后使用相移法对这三幅灰度条纹图求取解调相位；最后对得到的解调相位进行解包裹，求取解包裹相位，重建三维形貌。
[0007]进一步的，包括以下步骤：
[0008]步骤1：向标定白板投影三幅强度一致的红色均匀强度图绿色均匀强度图和蓝色均匀强度图拍摄投影的均匀强度图，采集到红色均匀强度图绿色均匀强度图和蓝色均匀强度图
[0009]步骤2：利用步骤1采集到的三幅红、绿、蓝均匀强度图计算每个主颜色通道在其他两个通道的耦合强度系数；
[0010]步骤3：步骤1和步骤2预标定完成之后，开始正式测量。在同一测量系统下，向待测物4投影一幅均匀强度图像I
pu
，并同步拍摄图像，采集到一幅投影的均匀强度图I
cu
；
[0011]步骤4：在同一测量系统下，向被测对象投影一幅彩色条纹图I
p
并同步拍摄采集到一幅彩色条纹图I
c
；
[0012]步骤5：利用耦合强度系数，分别对单幅均匀强度图I
cu
和单幅彩色条纹图I
c
去耦，得到去耦后的均匀强度图I
cud
和彩色条纹图I
cd
；
[0013]步骤6：利用去耦均匀强度图I
cud
，以一个通道为基准通道，求取另外两个颜色通道分别对基准通道的调制度比值；
[0014]步骤7：对去耦后的彩色条纹图进行去背景，得到去背景后的彩色条纹图I
deback
，是I
deback
中红、绿、蓝三个不同通道的灰度条纹图；
[0015]步骤8：以蓝色通道为基准，利用步骤6得到的调制度比值，对去背景后的灰度条纹图进行调制度归一，得到色彩归一化的三幅灰度条纹图；
[0016]步骤9：利用色彩归一化的三幅灰度条纹图求解解调相位；
[0017]步骤10：对步骤9的解调相位进行解包裹，重建三维形貌，并将采集的均匀强度图覆盖在重建的三维图上，得到一幅纹理和颜色并存的真实三维图像。
[0018]进一步的，通过不同通道之间的强度比值，计算每个主颜色通道在其他两个通道的耦合强度系数。
[0019]进一步的，步骤5中，均匀强度图I
cu
的去耦公式为：
[0020][0021]其中，分别为均匀强度图I
cu
的红色通道、绿色通道、蓝色通道的图像；的红色通道、绿色通道、蓝色通道的图像；分别为均匀强度图I
cu
去耦后红色通道、绿色通道、蓝色通道的图像，去耦后红色通道、绿色通道、蓝色通道的图像，与含义一致；K
rg
,K
rb
分别为采集到的红色均匀强度图中，红色主颜色通道对绿色通道和蓝色通道的耦合强度系数；K
gr
,K
gb
分别为采集到的绿色
均匀强度图中，绿色主颜色通道对红色通道和蓝色通道的耦合强度系数；K
br
,K
bg
分别为采集到的蓝色均匀强度图中，蓝色主颜色通道对红色通道和绿色通道的耦合强度系数；
[0022]彩色条纹图I
c
的去耦公式为：
[0023][0024]其中，分别为彩色条纹图I
c
的红色通道、绿色通道、蓝色通道上的灰度条纹图；分别为去耦后的彩色条纹图I
cd
的红色通道、绿色通道、蓝色通道的强度，分别为的背景项，分别为的调制度。
[0025]进一步的，步骤6中，调制度比值M1,M2计算公式如下：
[0026][0027]其中，其中corr1,corr2,corr3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速彩色条纹图相位解调算法，其特征在于，首先使用标定平板对测量系统进行预标定，求出耦合强度系数；其次使用该系统分别向待测物投影一幅均匀强度图和一幅彩色条纹图，对两幅图分别去耦后，使用均匀强度图求取背景项和调制度，对彩色条纹图进行去背景和色彩归一化，得到三幅无背景的、色彩归一的灰度条纹图；然后使用相移法对这三幅灰度条纹图求取解调相位；最后对得到的解调相位进行解包裹，求取解包裹相位，重建三维形貌。2.根据权利要求1所述的一种快速彩色条纹图相位解调算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向标定白板投影三幅强度一致的红色均匀强度图绿色均匀强度图和蓝色均匀强度图拍摄投影的均匀强度图，采集到红色均匀强度图绿色均匀强度图和蓝色均匀强度图步骤2：利用步骤1采集到的三幅红、绿、蓝均匀强度图计算每个主颜色通道在其他两个通道的耦合强度系数进行预标定；步骤3：步骤1和步骤2预标定完成之后，开始正式测量。在同一测量系统下，向待测物4投影一幅均匀强度图I
pu
，并同步拍摄图像，采集到一幅投影的均匀强度图I
cu
；步骤4：在同一测量系统下，向被测对象投影一幅彩色条纹图I
p
并同步拍摄采集到一幅彩色条纹图I
c
；步骤5：利用耦合强度系数，分别对均匀强度图I
cu
和彩色条纹图I
c
去耦，得到去耦后的均匀强度图I
cud
和彩色条纹图I
cd
；步骤6：利用去耦均匀强度图，以一个通道为基准通道，求取另外两个颜色通道分别对基准通道的调制度比值；步骤7：对去耦后的彩色条纹图I
cd
进行去背景，得到去背景后的彩色条纹图I
deback
，其中，其中是I
deback
中红、绿、蓝三个不同通道的灰度条步骤8：以蓝色通道为基准，利用步骤6得到的调制度比值，对灰度条纹图进行调制度归一，得到色彩归一化的三幅灰度条纹图；步骤9：对色彩归一化的三幅灰度条纹图求解解调相位；步骤10：对解调相位进行解包裹，重建三维形貌，并将采集的均匀强度图覆盖在重建的三维图上，得到一幅纹理和颜色并存的真实三维图像。3.根据权利要求1所述的一种快速彩色条纹图相位解调算法，其特征在于，所述步骤2中，通过不同通道之间的强度比值，计算每个主颜色通道在其他两个通道的耦合强度系数。4.根据权利要求1所述的一种快速彩色条纹图相位解调算法，其特征在于，所述步骤5中，均匀强度图I
c...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，朱倩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：