一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法及装置，包括S1.生成相移量依次为的六幅方波条纹图，得到编码条纹组。将所述编码条纹组离焦投影至待测物体处，采集所述待测物体返回的条纹图像。利用采集的所述待测物体返回的条纹图像，结合特定的六步相移计算公式对所述条纹图像进行相位解析，并通过相位图重建得到素数所述待测物体的三维数据。本发明专利技术只利用6幅相移条纹，完全解决10次以内的所有奇数次谐波的影响(在小离焦情况下，方波条纹的10次以上的谐波已经很小，基本可以忽略了，所以只剩下3,5,7,9次谐波的影响)。的影响)。的影响)。

【技术实现步骤摘要】
一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法及装置


[0001]本专利技术属于光学测量
，尤其涉及一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法及装置。

技术介绍

[0002]基于条纹结构光的三维测量是一种非接触式的测量方法，它具有很多优点，比如高精度以及高速度等。它广泛用于自动加工、高速在线检测、航空航天、物理仿形等领域。
[0003]通常情况下，商用的数字光学投影仪都有一定非线性问题存在，这会导致最后的三维测量结果有很大的误差，为了解决这个问题，业内提出了很多方法，其中二值离焦技术是一种常用的克服投影仪非线性的方法。这类方法通常是首先对标准正弦条纹图像进行二值编码(也就是用0和1来表示图像的每个像素值)，然后通过离焦投影，透射出接近标准正弦的条纹图像来进行后续的条纹结构光测量。二值离焦技术除了能解决投影仪非线性问题以外，还可以充分利用数字投影仪的特性，提高条纹透射的速度，继而提高三维测量的速度。
[0004]在众多二值离焦技术中，利用二值方波条纹是最早提出的方法，但是由于其需要调整整个系统的离焦量来达到合适的离焦程度才能有效工作(较大的离焦量才能使得方波条纹变化为接近与标准正弦条纹)，这使得其在实际应用中有很大的限制。为了突破这个限制，提高系统的工作景深，如今需要一种能够在小离焦量下也能很好解析方波条纹相位，从而降低三维测量的误差的离焦投影的三维测量方法。
[0005]现有技术一的技术方案
[0006]对偶三步相移法：
[0007]这种方法是在传统三步相移法的基础上改进而来的，它利用了两组三步相移法来配合工作，第二组三步相移条纹相较于第一组是整体进行了π/6的相移，所以该方法使用了6幅条纹来进行相位解析。因为方波条纹相较于标准正弦条纹而言，只包含有奇数次的高次谐波，而这部分高次谐波就是干扰其相位解析的主要原因。较大的离焦量可以有效地降低这部分高次谐波的信号强度，但是会限制系统的使用。而传统三步相移法只可以区除3,6,9次的高次谐波。如果考虑10次以内的谐波影响(在小离焦情况下，方波条纹的10次以上的谐波已经很小，基本可以忽略了)，那么还剩余5,7次谐波的影响不能被三步相移法去除。继而有学者通过理论分析，发现通过三步相移法进行相位解析后，剩余的相位误差可以表示为以下形式：
[0008][0009]这里的B1，B5,B7分别表示的是1次，5次，7次谐波对应的信号强度，代表相位，
代表第一组三步相移法产生的剩余相位误差。
[0010]可以看出剩余的相位误差是一个周期为π/3的函数，那么如果在配合一组整体相移了π/6的三步相移法，两组三步相移的结果进行平均，就可以有效地抵消掉原本的相位误差。这里给出另一组三步相移法产生的相位误差：
[0011][0012]以及两者平均后，最后的相位误差：
[0013][0014]可以看出后的相位误差，由于1/2，以及(B5+B7)/B1＜1的原因，会远远小于单组三步相移法的结果，代表第二组三步相移法产生的剩余相位误差。
[0015]现有技术一的缺点
[0016]从最后的相位误差结果可以看出，5次以及7次谐波还是对最后的相位解析结果有影响，尽管已经降低了很多。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法及装置，只利用6幅相移条纹，完全解决10次以内的所有奇数次谐波的影响(在小离焦情况下，方波条纹的10次以上的谐波已经很小，基本可以忽略了，所以只剩下3,5,7,9次谐波的影响)。
[0018]本专利技术用了具有特征相移量的6幅二值方波条纹进行条纹投影测量，并配合特定六步相移计算公式理论上可以完全地消除方波条纹带来的10次以内的所有奇数次谐波的影响，与本领域内已有的最好的，同样使用6幅二值方波条纹的方法——对偶三步相移法相比，更好地抑制了5次和7次谐波对测量结果的影响，提高了三维测量的精度。
[0019]本专利技术采用如下技术方案：
[0020]一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法，包括以下步骤：
[0021]S1.生成相移量依次为的六幅方波条纹图，得到编码条纹组；
[0022]S2.将所述编码条纹组离焦投影至待测物体处，采集所述待测物体返回的条纹图像；
[0023]S3.利用采集的六幅条纹图像，结合特定的六步相移计算公式对所述六幅条纹图像进行相位解析，并通过相位图重建得到素数所述待测物体的三维数据。
[0024]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S1中所述的六幅方波条纹图的生成公式为：
[0025][0026]其中，I
square
为半截断正弦条纹图像初始生成时的强度，f0为空间载频，x为半截断正弦条纹图像的图像坐标的横坐标，Z为整数域。
[0027]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S3中所述的特定的六步相移计算公式为：
[0028][0029]其中，为对离焦方波条纹解析出的截断相位，I1～I6分别代表了采集到的相移量依次为的受被测物体调制后的条纹图像。
[0030]一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量装置，包括至少一个处理器，至少一个执行离焦投影的投影装置，至少一个采集待测物体返回图像的采集相机以及所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述投影装置以及采集相机分别与所述处理器通信连接，所述存储器储存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。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]本专利技术用了具有特征相移量的6幅二值方波条纹进行条纹投影测量，并配合特定六步相移计算公式可以完全地消除方波条纹带来的10次以内的所有奇数次谐波的影响，与本领域内已有的最好的，同样使用6幅二值方波条纹的方法——对偶三步相移法相比，更好地抑制了5次和7次谐波对测量结果的影响，提高了三维测量的精度。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例1所述的一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法的流程示意图；
[0034]图2(a)
‑
图2(d)为本专利技术实施例1所述的一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法中标准的方波条纹图像和离焦后的方波条纹图像，以及它们所对应的频谱图；
[0035]图3为本专利技术实施例1所述的一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法中使用的六步相移法对不同谐波的响应图；
[0036]图4(a)
‑
图4(b)为本专利技术实施例1所述的一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法中使用的六步相移法与传统的对偶三步相移方法的对比实验结果；
[0037]图5为本专利技术实施例2所述的一种利用了实施例1所述的一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法的一种三维测量装置的结构示意图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.生成相移量依次为0，的六幅方波条纹图，得到编码条纹组；S2.将所述编码条纹组离焦投影至待测物体处，采集待测物体返回的条纹图像；S3.利用采集的所述待测物体返回的条纹图像，结合特定的六步相移计算公式对所述条纹图像进行相位解析，并通过相位图重建得到素数待测物体的三维数据。2.根据权利要求1所述的新的基于离焦二值方波条纹的三维测量方法，其特征在于，所述步骤S1中所述的六幅方波条纹图的生成公式为：其中，I
square
为半截断正弦条纹图像初始生成时的强度，f0为空间载频，x为半截断正弦条纹图像的图像坐标的横坐标，Z为整数域。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：游迪，朱江平，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：