一种三频相位展开方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三频相位展开方法及测量装置。所述三频相位展开方法，是将预先设计的六幅条纹图分别投影到待测物体上，分别获取对应的六个被调制条纹图的图像信号，根据所述图像信号进行相位求解和展开，其中所述六幅条纹图被分为高频、中频和低频三组，高频组包括三幅三步相移条纹图，中频组包括两幅两步相移条纹图，低频组包括一幅单频条纹图。本发明专利技术兼顾了测量精度和速度，和标准三频三步相移法相比减少了三幅所需投影条纹图，提高了测量速度，和标准双频三步相移法相比提高了测量精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种三频相位展开方法及测量装置


[0001]本专利技术属于结构光三维测量
，更具体地，涉及一种三频相位展开方法及测量装置。

技术介绍

[0002]随着科学技术与工业生产的快速发展，越来越多的领域要求准确快速地获取物体三维信息，而基于结构光照明的方法由于具有测量速度快、测量精度高、非接触以及易于实现自动化测量等优点在测量领域中被重点关注，广泛应用于产品设计、物体逆向重建等领域中。
[0003]在结构光编码的各种形式如散斑编码、二值编码、灰度编码、相位编码中，相位编码由于具有以下优点而成为目前主流的测量方法：(1)相位本质上是一个独立于光强的物理量，相位的求解理论上不受环境光照、物体表面材质等因素的影响；(2)相位编码能够赋予视场中每个像素独立的编码值；(3)相位编码具有连续性。
[0004]相位测量轮廓术(PMP)根据主流又可分为傅里叶轮廓术(FTP)和相移轮廓术(PSP)。FTP方法每个频率只需一幅相位图，但是求解相位主值时存在频谱重叠，要求表面平滑，对噪音敏感，测量表面纹理变化大的物体困难。而PSP法不用像素点的邻域点，对物体表面纹理容忍度高，精度比FTP高，是目前结构光投影领域内最适合的方法之一。
[0005]目前结构光测量领域内使用PSP实现三维测量的基本原理为：基于标准多频相移展开法进行绝对相位求解，再使用光学三角法完成物体的三维信息重建。标准多步相移法中有背景强度值，调制度值，待求相位值三个未知量，因此最少需要三幅条纹图才能求出相位值，也就是三步相移。目前所使用较多的为多频三步相移法，可以满足基本的测量要求且所需图片数在可接受范围内，包括三频三步相移法和双频三步相移法。三频三步相移法需要投影九幅条纹图来得到一幅物体的三维信息图，一般选择频率分别为1、8、64的三组频率，可以实现高精度的测量，但得到一幅待测物体三维信息图需要投影九幅条纹图，测量速度较慢。双频三步相移法，通过减少一组相移条纹来提高测量速度，得到一幅待测物体三维信息图需要投影六幅条纹图，测量速度有所提高，但与此同时测量精度却受到了很大影响，在包裹相位展开无误的情况下，多频相移法的测量精度和高频条纹图的频率成正比，而双频相移法通常的高频频率一般不会太大(基本在20及以下)，因为高频的频率过大，在相位展开时因为噪声就极易导致条纹级次的求解错误，进而产生相当大的误差则测量精度却下降了，如果通过增大高频频率来提高测量精度又会导致绝对相位求解错误，难以重建待测物体的三维信息。
[0006]也就是上述两种方法各自保证了测量精度和速度，却无法将两者较好地结合到一起。因此，目前如何在提高结构光三维重建速度的同时尽量保证测量精度是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种三频相位展开方法及测量装置，兼顾了测量精度和速度，和标准三频三步相移法相比减少了三幅所需投影条纹图，提高了测量速度，和标准双频三步相移法相比提高了测量精度。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种三频相位展开方法，将预先设计的六幅条纹图分别投影到待测物体上，分别获取对应的六个被调制条纹图的图像信号，根据所述图像信号进行相位求解和展开，其中所述六幅条纹图被分为高频、中频和低频三组，高频组包括三幅三步相移条纹图，中频组包括两幅两步相移条纹图，低频组包括一幅单频条纹图。
[0009]进一步地，根据所述图像信号进行相位求解和展开包括步骤：
[0010]根据高频组的三幅条纹图对应的三个被调制条纹图的图像信号，求解高频组的包裹相位值、背景强度值及调制度值；
[0011]将中频组的背景强度值等同于高频组的背景强度值，根据中频组的两幅条纹图对应的两个被调制条纹图的图像信号，求解中频组的包裹相位值及调制度值；
[0012]将低频组的背景强度值等同于高频组的背景强度值，根据高频组的调制度值和中频组的调制度值求解低频组的调制度值，根据低频组的一幅条纹图对应的一个被调制条纹图的图像信号，求解低频组的包裹相位值。
[0013]进一步地，三频相位展开方法还包括步骤：分别将求解得到的高频组的包裹相位值、中频组的包裹相位值和低频组的包裹相位值的值域扩展到[0,2π]。
[0014]进一步地，三频相位展开方法还包括步骤：对扩展到[0,2π]的三组包裹相位值进行展开，获取绝对相位值。
[0015]进一步地，根据高频组的调制度值和中频组的调制度值进行拟合处理，得到低频组的调制度值。
[0016]进一步地，所述单频条纹图为单频正弦条纹图、单频余弦条纹图或单频灰度图中的任意一种。
[0017]进一步地，高频组的三幅条纹图的相移相差120
°
，对应的三个被调制条纹图的图像信号表示为：
[0018][0019]其中，I
i
(x,y)为第i(i＝1，2，3)幅条纹图对应的被调制条纹图的图像信号的灰度值，α
i
为第i(i＝1，2，3)幅条纹图的相移，A(x,y)为高频组的背景强度值，B1(x,y)为高频组的调制度值，为高频组的包裹相位值。
[0020]进一步地，中频组的两幅条纹图的相移相差90
°
，对应的两个被调制条纹图的图像信号分别表示为：
[0021][0022][0023]其中，I4(x,y)、I5(x,y)为中频组的两幅条纹图对应的被调制条纹图的图像信号的灰度值，B2(x,y)为中频组的调制度值，为中频组的包裹相位值。
[0024]进一步地，所述单频条纹图为灰度递增的斜坡图，对应的被调制条纹图的图像信号表示为：
[0025][0026]其中，I6(x,y)为所述单频条纹图对应的被调制条纹图的图像信号的灰度值，B3(x,y)为所述单频条纹图的调制度值，为所述单频条纹图的包裹相位值。
[0027]按照本专利技术的第二方面，提供了一种测量装置，包括：
[0028]投影模块，用于将预先设计的六幅条纹图分别投影到待测物体上，其中所述六幅条纹图被分为高频、中频和低频三组，高频组包括三幅三步相移条纹图，中频组包括两幅两步相移条纹图，低频组包括一幅单频条纹图；
[0029]信号采集模块，用于分别获取对应的六个被调制条纹图的图像信号；
[0030]数据处理模块，用于根据所述图像信号进行相位求解和展开。
[0031]总体而言，本专利技术投影时采用了高频、中频和低频三组共六幅条纹图，高频组包括三幅三步相移条纹图，中频组包括两幅两步相移条纹图，低频组包括一幅单频条纹图，然后分别获取对应的六个被调制条纹图的图像信号，根据所述图像信号进行相位求解和展开，这样兼顾了测量精度和速度，和标准三频三步相移法相比减少了三幅所需投影条纹图，提高了测量速度，和标准双频三步相移法相比提高了测量精度。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例的一种三频相位展开方法的原理示意图；
[0033]图2是本专利技术实施例的高频组的三幅三步相移条纹图的示例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三频相位展开方法，其特征在于，将预先设计的六幅条纹图分别投影到待测物体上，分别获取对应的六个被调制条纹图的图像信号，根据所述图像信号进行相位求解和展开，其中所述六幅条纹图被分为高频、中频和低频三组，高频组包括三幅三步相移条纹图，中频组包括两幅两步相移条纹图，低频组包括一幅单频条纹图。2.如权利要求1所述的一种三频相位展开方法，其特征在于，根据所述图像信号进行相位求解和展开包括步骤：根据高频组的三幅条纹图对应的三个被调制条纹图的图像信号，求解高频组的包裹相位值、背景强度值及调制度值；将中频组的背景强度值等同于高频组的背景强度值，根据中频组的两幅条纹图对应的两个被调制条纹图的图像信号，求解中频组的包裹相位值及调制度值；将低频组的背景强度值等同于高频组的背景强度值，根据高频组的调制度值和中频组的调制度值求解低频组的调制度值，根据低频组的一幅条纹图对应的一个被调制条纹图的图像信号，求解低频组的包裹相位值。3.如权利要求2所述的一种三频相位展开方法，其特征在于，还包括步骤：分别将求解得到的高频组的包裹相位值、中频组的包裹相位值和低频组的包裹相位值的值域扩展到[0,2π]。4.如权利要求3所述的一种三频相位展开方法，其特征在于，还包括步骤：对扩展到[0,2π]的三组包裹相位值进行展开，获取绝对相位值。5.如权利要求2所述的一种三频相位展开方法，其特征在于，根据高频组的调制度值和中频组的调制度值进行拟合处理，得到低频组的调制度值。6.如权利要求1所述的一种三频相位展开方法，其特征在于，所述单频条纹图为单频正弦条纹图、单频余弦条纹图或单频灰度图中的任意一种。7.如权利要求1或2所述的一种三频相位展开方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，罗霈生，卢文龙，徐龙，粘朋雷，
申请(专利权)人：中国人民解放军九一五五零部队，
类型：发明
国别省市：