一种三维测量的相移误差补偿方法及电子设备技术

本发明专利技术涉及三维测量领域，特别是一种三维测量的相移误差补偿方法及电子设备。本发明专利技术先随机生成不同的误差系数组合，并分别计算出对应的PDF曲线，得到模拟PDF曲线；再计算实际有相移误差的N步相移条纹图的PDF曲线；接着分别计算实测PDF曲线与模拟PDF曲线中每一条PDF曲线的相关系数，相关系数最大，也即最相似模拟PDF曲线对应的误差系数即为实际相位误差系数；代入误差系数，通过迭代法实现相位误差补偿，对任意步数相移算法，均只需要查找两个误差系数。本发明专利技术在具有较高的通用性的同时，还进一步提高了补偿效率，从而解决非数字投影技术中相移不准对相位测量所带来的影响，实现快速且高精度的相位误差补偿。速且高精度的相位误差补偿。速且高精度的相位误差补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种三维测量的相移误差补偿方法及电子设备


[0001]本专利技术涉及三维测量领域，特别是一种三维测量的相移误差补偿方法及电子设备。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断发展，三维表面测量在人类生产生活中发挥着越来越重要的作用。物体三维测量的常用方法可分为接触式测量和非接触式测量。在非接触式测量方法中，相移(PS)技术以其高精度、非接触式、测量速度快等优点被广泛应用于许多领域。PS技术从相移正弦条纹图中获得相位，然后对目标的三维信息进行解调。因此，相移精度对三维表面的恢复结果有很大影响。有学者采用数字条纹投影技术，通过软件实现精确的相移。该技术具有测量精度高、测量灵活等优点，但它具有固有的伽马效应，在应用上也存在一定的局限性:数字投影系统一般采用硅基投影设备，如液晶显示(LCD)、数字光处理(DLP)投影仪等。这意味着这些器件只能在有限的光谱范围和一定的光功率范围内正常工作，例如当光的波长大于2700nm或小于300nm时，DLP投影仪的透射率会显著下降。
[0003]在非数字投影技术中，无论是采用机械投影还是干涉测量，不准确的相移都是影响测量精度的重要因素。理想情况下，满周期N步相移算法的相移量为2πn/N，其中n＝0，1，...，N
‑
1。然而实际测量中往往会存在N
‑
1个相移误差，即Δδ1，Δδ2，...，Δδ
n
。这意味着，随着相移步数的增加，需要查找的相移量的个数会随之增加。因此，现有的通过查找相移误差的方式进行补偿，必然会导致效率受到影响。从相位误差角度进行分析，相移不准会在相位测量中引入非线性相位误差，该相位误差具有周期性，且呈现出了明显的二倍频特性。另外，公开专利CN107607060A公开了一种应用于光栅三维投影测量中的相位误差补偿方法，但该方法是通过分区投射光栅来建立相位误差模型，不具备普适性，且计算较繁琐，效率低下。
[0004]因此，需要建立一个N步相移算法通用的相位误差模型，通过直接补偿相位误差的方式解决相移不准带来的影响，可以有效解决所需要查找的相移量个数增加的问题，大大提高补偿的效率以及通用性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的补偿效率低下且通用性低的问题，提供一种三维测量的相移误差补偿方法及电子设备。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种三维测量的相移误差补偿方法，包括以下步骤：
[0008]S1：计算各个误差系数的取值范围，获取所有的误差系数组合，并计算每个所述误差系数组合的模拟PDF曲线；其中，PDF为概率密度函数(probability density function)的缩写；
[0009]S2：采用N步移相算法计算实际三维测量时的截断相位，并获取对应的实测PDF曲
线，N为大于2的自然数；
[0010]S3：分别计算所述实测PDF曲线与各个所述模拟PDF曲线之间的相关系数；
[0011]S4：获取所述相关系数最高的所述模拟PDF曲线，并输出其对应的误差系数作为优选误差系数；
[0012]S5：通过所述优选误差系数进行迭代补偿，并输出补偿后的补偿截断相位。本专利技术公开了一种三维测量的相移误差补偿方法，先随机生成不同的误差系数组合，并分别计算出对应的PDF曲线，得到模拟PDF曲线；再计算实际有相移误差的N步相移条纹图的PDF曲线；接着分别计算实测PDF曲线与模拟PDF曲线中每一条PDF曲线的相关系数，相关系数最大，也即最相似模拟PDF曲线对应的误差系数即为实际相位误差系数；代入误差系数，通过迭代法实现相位误差补偿。本专利技术针对实际测量系统存在的相移不准问题，建立了一个通用的双系数相位误差模型，利用概率密度函数检测误差系数的方式实现相位误差补偿，而不需要计算精确的相移量，大大提高了多步相移算法的补偿效率，且具有较高的通用性。且本专利技术中模拟PDF曲线可以预先生成，进一步提高了补偿效率。因此，本专利技术可以解决非数字投影技术中相移不准对相位测量所带来的影响，能够适用于多种相移算法，且实现了快速高精度的相位误差补偿。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S5中所述迭代补偿过程为：
[0014][0015]当时，迭代终止，为补偿后的补偿截断相位；
[0016]其中，g1,g2为误差系数，为实测截断相位。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述误差系数组合中误差系数g1,g2的取值范围满足以下计算式：
[0018][0019]其中，i＝1,2，N为相移条纹图片数，n为相移条纹图片编号，Δδ
n
为第n帧条纹图的相移误差，Δδ0＝0。
[0020]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S3中所述相关系数的计算公式为：
[0021][0022]其中，F
m
表示实测PDF曲线，F(g1,g2)表示误差系数为g1,g2时的模拟PDF曲线。
[0023]作为本专利技术的优选方案，PDF曲线的计算式为：
[0024][0025]其中，M＝0,1,2,
…
,m
‑
1为相位值区域的数量，为第m个相位值区域时的截断相位。
[0026]作为本专利技术的优选方案，所述模拟PDF曲线中的截断相位为理想相位，所述理想相位的计算式为：
[0027][0028]其中，为理想相位，I
n
为第n幅相移条纹图片的强度分布。
[0029]作为本专利技术的优选方案，所述实测PDF曲线的的截断相位为实测截断相位，所述实测截断相位的计算式为：
[0030][0031]其中，为实测截断相位，A为背景强度，B为调制度，δ
n
＝2πn/N+Δδ
n
为第n帧条纹图的实际相移。
[0032]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S5中所述迭代补偿过程为：
[0033][0034]当时，迭代终止，为补偿后的补偿截断相位；
[0035]其中，
[0036]一种电子设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的方法。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0038]本专利技术公开了一种三维测量的相移误差补偿方法，先随机生成不同的误差系数组合，并分别计算出对应的PDF曲线，得到模拟PDF曲线；再计算实际有相移误差的N步相移条纹图的PDF曲线；接着分别计算实测PDF曲线与模拟PDF曲线中每一条PDF曲线的相关系数，相关系数最大，也即最相似模拟PDF曲线对应的误差系数即为实际相位误差系数；代入误差系数，通过迭代法实现相位误差补偿。本专利技术针对实际测量系统存在的相移不准问题，建立了一个通用的双系数相位误差模型，利用概率密度函数检测误差系数的方式实现相位误差补偿，而不需要计算精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维测量的相移误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：计算各个误差系数的取值范围，获取所有的误差系数组合，并计算每个所述误差系数组合的模拟PDF曲线；S2：采用N步移相算法计算实际三维测量时的截断相位，并获取对应的实测PDF曲线，N为大于2的自然数；S3：分别计算所述实测PDF曲线与各个所述模拟PDF曲线之间的相关系数；S4：获取所述相关系数最高的所述模拟PDF曲线，并输出其对应的误差系数作为优选误差系数；S5：通过所述优选误差系数进行迭代补偿，并输出补偿后的补偿截断相位。2.根据权利要求1所述的一种三维测量的相移误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S5中所述迭代补偿过程为：当时，迭代终止，为补偿后的补偿截断相位；其中，g1,g2为误差系数，为实测截断相位。3.根据权利要求1所述的一种三维测量的相移误差补偿方法，其特征在于，所述误差系数组合中误差系数g1,g2的取值范围满足以下计算式：g
i
＝e
i
/e4其中，i＝1,2，N为相移条纹图片数，n为相移条纹图片编号，Δδ
n
为第n帧条纹图的相移误差，Δδ0＝0。4.根据权利要求3所述的一种三维测量的相移误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中所述相关系数的计算公式为：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元坤，于馨，陈文静，张启灿，薛俊鹏，王亚军，申俊飞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：