一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法技术

本发明专利技术公开了一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，通过获取多幅参考条纹图像以及多幅被测物体的条纹图像，提取其中的交流分量，并根据得到的交流分量获得莫尔条纹图像，通过对莫尔条纹图像的方程进行运算，消除网格频率，进而得到清晰的无高频调制的莫尔条纹图像。本发明专利技术公开的三维测量方法能够解除低通滤波器对测量范围的限制，以及对莫尔图像清晰度的影响，并且在消除高频网格图案的同时能够不引入伪影，保证莫尔图案不模糊和退化。保证莫尔图案不模糊和退化。保证莫尔图案不模糊和退化。

【技术实现步骤摘要】
一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法


[0001]本专利技术涉及三维测量
，更具体的说是涉及一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法。

技术介绍

[0002]目前，三维面形测量技术在物体和环境建模方面有广泛的应用，如用于娱乐和医学诊断的人体建模，以及三维物体识别。其中，光学技术在实现快速、精确的非接触式三维表面形状测量方面取得了巨大的进步。光学三维测量技术最常见的类型之一是结构光技术，主要包括常见的条纹投影轮廓测量(FPP)和莫尔轮廓测量(MP)。
[0003]其中，莫尔轮廓测量需要两个光栅：参考光栅和变形光栅，即将一个光栅投影到待测物体表面，通过另一个光栅进行观察，具体来说是用平行光照明光栅，将光栅的像成在待测物体表面形成变形光栅。然后在观察侧使用透镜对变形光栅成像，在变形光栅的成像面处放置参考光栅，参考光栅与变形光栅像重合形成莫尔条纹。
[0004]由于光学方法产生的莫尔条纹与初始条纹混在一起，莫尔条纹的衬比度低，且滤波效果不理想，为了提取更加清晰的莫尔条纹，出现了数字莫尔条纹的方法，并应用于物体三维面形测量。
[0005]数字莫尔技术是一种易于实现；无需复杂的光学设备的莫尔三维测量技术。基于其可灵活调整投影网格间距；产生任意相移的能力；以及作为图像捕获的后处理来执行相移的能力，使数字莫尔技术可能比传统莫尔技术更加有用。
[0006]但是，在莫尔轮廓测量中，包含物体形状信息的有用莫尔图案总是叠加有高频网格图案，如附图中图2，
[0007]其中，(a)为由两个线性光栅生成的莫尔图案，(b)为一个半球的等高度莫尔轮廓线，该网格图案被认为是噪声，影响相位提取的精度及准确性，因此，在对莫尔图案进行进一步分析以提取表面高度信息之前，必须去除，以便对莫尔图案进行进一步的分析，以提取物体形状信息。到目前为止，该网格图案的去除是通过低通滤波的方法来实现的，
[0008]但使用低通滤波器抑制来自网格图案的高频噪声，导致了对投影网格率的限制，即网格频率必须高于由于物体高度变化产生的莫尔频率，才能清楚地被分离分。此外，在选择滤波器的截止频率以完全去除高频网格而不对莫尔图案产生影响也存在困难。除了降低空间分辨率外，低通滤波器的使用也限制了测量范围和影响莫尔图案的清晰度。
[0009]因此，开发一种新的网格去除技术，在消除高频网格图案的同时不引入伪影，并保证莫尔图案不模糊和退化，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，为了去除体通滤波器的使用带来的困扰，本专利技术提供了一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，
[0011]为了实现上述目的，本实施例提供了一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，
包括如下步骤，
[0012]S1、获取参考条纹图像，根据参考条纹图像方程，提取参考条纹图案中交流分量，并存储；
[0013]S2、测量时，获取被测物体条纹图像，根据被测物体条纹图像方程，提取被测物体图案中交流分量；
[0014]S3、将所述步骤一和步骤二中得到的交流分量两两相乘，得到四幅莫尔条纹图案，将所述四幅莫尔条纹图案的方程进行加减运算，得到两个无高频调制的莫尔条纹图案；
[0015]S4、对所述两个无高频调制的莫尔条纹图案的方程的比值求反正切，得到被测物体的包裹相位。
[0016]进一步地，所述步骤一中，获取四幅参考条纹图像，相位值为π/2，所述参考条纹图像的表示方程为：
[0017][0018][0019][0020][0021]所述提取的参考条纹图案的交流分量，为：
[0022][0023][0024]式中，所述R(x，y)表示参考平面的反射率，所述a表示背景分量，所述b反映条纹对比度，所述f
x
x为条纹图案在x方向上的频率，所述f
y
y为条纹图案在y方向上的频率，所述为参考平面调制的相位分布。
[0025]进一步地，所述步骤二中，包括四步相移法，获取四幅被测物体的条纹图像，相位值为π/2，所述被测物体条纹图像的表示方程为：
[0026]I
o1
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)]}
[0027]I
o2
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πfxx+φ(x，y)+π/2]}
[0028]I
o3
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)+π]}
[0029]I
o4
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)+3π/2|}
[0030]所述提取的被测物体条纹图案的交流分量为：
[0031][0032][0033]进一步地，所述步骤二中还包括两步相移法，是获取两幅被测物体的条纹图像，相位值为π，所述被测物体条纹图像的表示方程为：
[0034]I
o1
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)]}
[0035]I
o3
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)+π]}
[0036]所述提取的被测物体条纹图案的交流分量为：
[0037][0038]进一步地，所述两步相移法中，另一个交流分量通过如下步骤获得：
[0039]S21、对方程沿x方向做FFT，得到：
[0040][0041]S22、构建函数：
[0042][0043]S23、对Z[u]进行反Fourier变换IFFT，得到：
[0044]Z(x，y)＝IFFT{Z[u]}
[0045]所述Z(x，y)为复数函数，实部等于虚部相对实部产生了π/2的位相延迟，由此得到
[0046]进一步地，所述步骤三中，得到两个无高频调制的莫尔条纹图案，包括如下过程：
[0047]S31、根据所述步骤一和步骤二中提取的交流分量得到四幅莫尔条纹图案，表示方程如下：
[0048][0049][0050][0051][0052]S32、根据四幅莫尔条纹图案，得到两幅无高频调制的莫尔条纹图案
[0053][0054][0055]进一步地，步骤四中，所述运算得到包裹相位的方法为：
[0056][0057]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，该方法舍去了低通滤波器的参与，通过对方程的运算巧妙地消除了高频网格图案，从而解除了低通滤波器的使用对测量范围的限制、对莫尔图像清晰度的影响，并在消除高频网格图案的同时不引入伪影，保证空间分辨率的同时，保证莫尔图案不模糊、退化。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、获取参考条纹图像，根据参考条纹图像方程，提取参考条纹图案中交流分量，并存储；S2、测量时，获取被测物体条纹图像，根据被测物体条纹图像方程，提取被测物体图案中交流分量；S3、将所述步骤一和步骤二中得到的的交流分量两两相乘，得到四幅莫尔条纹图案，将所述四幅莫尔条纹图案的方程进行加减运算，得到两个无高频调制的莫尔条纹图案；S4、对所述两个无高频调制的莫尔条纹图案方程的比值求反正切，得到被测物体的包裹相位。2.根据权利要求1所述的一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，其特征在于：所述步骤一中，获取四幅参考条纹图像，相位值为π/2，所述参考条纹图像的表示方程为：步骤一中，获取四幅参考条纹图像，相位值为π/2，所述参考条纹图像的表示方程为：步骤一中，获取四幅参考条纹图像，相位值为π/2，所述参考条纹图像的表示方程为：步骤一中，获取四幅参考条纹图像，相位值为π/2，所述参考条纹图像的表示方程为：所述提取的参考条纹图案的交流分量，为：所述提取的参考条纹图案的交流分量，为：式中，所述R(x，y)表示参考平面的反射率，所述a表示背景分量，所述b反映条纹对比度，所述f
x
x为条纹图案在x方向上的频率，所述f
y
y为条纹图案在y方向上的频率，所述为参考平面调制的相位分布。3.根据权利要求2所述的一种无低通滤波的数字莫尔三维测量方法，其特征在于：所述步骤二中包括四步相移法，获取四幅被测物体的条纹图像，相位值为π/2，所述被测物体条纹图像的表示方程为：I
o1
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)]}I
o2
(x，y)＝R
′
(x，y){a+b cos[2πf
x
x+φ(x，y)+π/2]}I
o3
(x，y)＝R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁自钧，赵世良，刘福峡，肖俊峰，
申请(专利权)人：合肥因赛途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：