一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法技术

本发明专利技术涉及光学测量技术领域，具体是一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，包括以下步骤：将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位移的编码图案，其余条纹周期图案通过位移实现；采集投影的二值编码条纹图像，经过特定算法将采集的二值编码条纹图像生成可用于实际测量的正弦相移条纹图像；复用二值编码条纹图案中各列白色条纹，构成所需的均匀背景图像；利用所有生成的图像获取截断相位，进而测得物体的三维形貌，本发明专利技术提出的方法无需在测量过程中进行非线性校正，也无需设备具有离焦功能，受硬件限制小。采集图像的条纹对比度以及测量的深度范围较二值离焦方法更大。围较二值离焦方法更大。围较二值离焦方法更大。

【技术实现步骤摘要】
一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法


[0001]本专利技术涉及光学测量
，具体是一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法。

技术介绍

[0002]光学三维测量技术在现代测量中具有重要的意义。在众多光学三维测量技术中，条纹投影轮廓术具有结构简单、精度高、速度快、成本低、易实现等优点，在工业和科学研究领域都有较广泛的应用。通过投影条纹到被测物体表面，经由相机采集并分析受物体表面高度调制的图像，测得物体的三维面形数据。由于商用的数字投影仪通常是一种非线性设备，设计时专门考虑到补偿人类视觉。如果不对投影的非线性问题进行规避和校正，那么测量结果的精度和质量很难保证。
[0003]现有技术中，许多研究提出了对非线性问题的校正方法，如主动改变投影条纹，被动补偿相位误差的方法。但是投影仪的非线性Gamma影响实际上和时间同步进行变化，因此在实验中需要频繁进行重新校准操作，于是提出了二值方波离焦技术。二值离焦技术仅采用1位的二元结构光图案，所以不受非线性的影响。随着二值方波离焦技术在三维测量方向的应用和发展，一维和二维调制离焦技术被应用到三维测量领域。当投影仪未完全对焦时，对局部像素进行调制、离焦以创建更多灰度值来提高条纹质量。
[0004]然而，以上这些方法仍有不足之处。由于存在高频谐波的影响，离焦会使得测量的精度降低。离焦会降低图像的对比度，测量的深度范围更小，因为物体需适当地放置在一个固定区域内，才能在物体表面生成高质量正弦条纹。而实际测量中大多数现有校准技术都要求投影仪聚焦，所以校准更为复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：参考正弦条纹单个周期光强变化的规律和对称特性，将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位移的编码图案，其余条纹周期图案通过位移实现；
[0008]步骤二：采集投影的二值编码条纹图像，经过特定算法将采集的二值编码条纹图像生成可用于实际测量的正弦相移条纹图像；
[0009]步骤三：复用二值编码条纹图案中各列白色条纹，构成所需的均匀背景图像；
[0010]步骤四：利用所有生成的图像获取截断相位，进而测得物体的三维形貌。
[0011]优选的，步骤一中，正弦相移条纹图案可以描述为：
[0012][0013]其中，(x,y)为像素坐标，I
n
为采集到的正弦图像，A为背景光强，B为物体表面反射率，为为待解的相位主值，N表示N步相移。
[0014]优选的，步骤一中，二值条纹编码原理为：参考正弦条纹单个周期光强变化的规律和对称特性，将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位移的编码图案。
[0015]优选的，步骤二中，二值条纹编码的处理算法可描述为：
[0016][0017]式中，I
M
为获得的正弦条纹图像，I
n
为编码的黑白条纹图像，数字下标n为编码图案的序号。I
b
为全黑图像。
[0018]优选的，步骤三中，构成所需的均匀背景图像的处理算法可以描述为：
[0019][0020]式中，I
m
为获得的平面图像。
[0021]优选的，步骤四中，获取截断相位的算法可描述为：
[0022][0023]式中，I
M1
和I
M2
为生成的两幅正弦相移及，I
m1
和I
m2
为对应的白场平面图像，可以表示为：
[0024][0025][0026]I
m1
(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)，
[0027]I
m2
(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)，
[0028]式中A＝B。
[0029]本专利技术通过改进在此提供一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
[0030]本专利技术基于所提出的用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，提出的方法无需在测量过程中进行非线性校正，也无需设备具有离焦功能，受硬件限制小。采集图像的条纹对比度以及测量的深度范围较二值离焦方法更大。
附图说明
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释：
[0032]图1为本专利技术实施例的原理示意图。
[0033]图2为本专利技术实施例所提出的二值编码条纹图案。
[0034]图3为本专利技术实施例所提出的单周期二值编码图案处理原理图。
[0035]图4为本专利技术实施例所提出的复用二值编码条纹图案获取背景图案示意图。
[0036]图5为本专利技术实施例所提出的获取截断相位示意图。
[0037]图6为图5中的相位放大图。
具体实施方式
[0038]下面对本专利技术进行详细说明，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术通过改进在此提供一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，本专利技术的技术方案是：
[0040]如图1
‑
6所示，一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，该方法采用二值编码与相移技术相结合的编码策略，利用二值条纹进行三维测量可以避免结构光系统非线性的好处。同时参考正弦条纹单个周期光强变化的规律和对称特性，将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位移的编码图案。即将正弦条纹对称拆分不同区间，整体呈三角波样式，其余条纹周期图案通过位移实现。采集投影的二值编码条纹，经过特定算法处理后生成可用于实际测量的正弦相移条纹图像。同时复用二值编码条纹图案中各列白色条纹，构成所需的均匀背景图像，减少了所需额外的一幅平面图像的投影，提高测量的速度。利用生成的图像获取截断相位，进而测得物体的三维形貌。提出的方法无需在测量过程中进行非线性校正，也无需设备具有离焦功能，受硬件限制小。采集图像的条纹对比度以及测量的深度范围较二值离焦方法更大。本方法包括以下6个步骤。
[0041]步骤一：正弦相移条纹图案可以描述为：
[0042][0043]其中，(x,y)为像素坐标，I
n
为采集到的正弦图像，A为背景光强，B为物体表面反射率，为为待解的相位主值，N表示N步相移。
[0044]步骤二：用二值图案来构成类似于正弦条纹的图案：
[0045]本实施例利用8幅二值编码条纹图案来获取正弦条纹。参考正弦条纹单个周期光强变化的规律和对称特性，将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：参考正弦条纹单个周期光强变化的规律和对称特性，将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位移的编码图案，其余条纹周期图案通过位移实现；步骤二：采集投影的二值编码条纹图像，经过特定算法将采集的二值编码条纹图像生成可用于实际测量的正弦相移条纹图像；步骤三：复用二值编码条纹图案中各列白色条纹，构成所需的均匀背景图像；步骤四：利用所有生成的图像获取截断相位，进而测得物体的三维形貌。2.根据权利要求1所述的用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，其特征在于：步骤一中，正弦相移条纹图案可以描述为：其中，(x,y)为像素坐标，I
n
为采集到的正弦图像，A为背景光强，B为物体表面反射率，为为待解的相位主值，N表示N步相移。3.根据权利要求1所述的用于投影仪聚焦测量的二值条纹图案设计方法，其特征在于：步骤一中，二值条纹编码原理为：参考正弦条纹单个周期光强变化的规律和对称特性，将二值图案编码成为单个周期内，两端白色条纹同时向对称中心位移的编码图案。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：严飞，祁健，刘佳，文杰，肖雨倩，路长秋，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：