一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，包括：步骤S1：搭建条纹投影三维测量系统；步骤S2：利用三步相移法计算整周期未校正截断相位；步骤S3：将整周期未校正截断相位换算成1/6周期未校正截断相位；步骤S4：对1/6周期未校正截断相位进行直方图均衡化，获得1/6周期已校正截断相位，并换算成整周期已校正截断相位；步骤S5：利用相位展开算法恢复出已校正绝对相位，再根据条纹投影系统标定结果，将已校正绝对相位映射至三维空间，重构出待测物体的三维形貌。本发明专利技术提供的一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，充分考虑了伽马误差的周期性和对称性，无需任何预标定过程和额外条纹图像，具有测量精度高、速度快、灵活性强的优势。活性强的优势。活性强的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法


[0001]本专利技术属于视觉测量
，具体地说，本专利技术涉及一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法。

技术介绍

[0002]条纹投影轮廓术作为一种常用的光学三维测量手段，具有非接触、速度快、精度高、点云稠密等优势，广泛应用于工业检测、智慧农业、生物医学、消费娱乐等领域。然而，条纹投影系统的伽马效应会改变条纹图像强度，导致相移法无法准确地计算出条纹相位分布，引入周期性相位误差。
[0003]传统伽马误差校正方法一般需要预标定过程或者额外条纹图像，降低了条纹投影系统的测量效率。文献[Optics Express,2019,27(22):32047
‑
57]利用概率密度函数标定伽马值，文献[Chinese Optics Letters,2021,19(10):101201]则利用概率密度函数标定相位误差系数，该方法仍需要预标定过程匹配概率密度曲线。文献[Optics Letters,2021,46(3):476
‑
479]直接对截断相位图进行直方图均衡化校正伽马误差，无需预标定过程，但该方法未考虑伽马误差的周期性，需要进一步提升测量精度。文献[IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2022,71:5005509]利用伽马误差的周期性，融合偏移前后的三幅截断相位图，再使用直方图均衡化校正伽马误差，有效地提升了测量精度，但该方法未考虑伽马误差的对称性，且融合三幅截断相位图使得计算量有所增加。
[0004]综上所述，如何有效地校正条纹投影系统的伽马误差仍具有重要的实际意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，具体包括以下步骤：
[0007]步骤S1：搭建条纹投影三维测量系统，包括投影仪、摄像机和待测物体，投影仪、摄像机和待测物体三者构成三角测量关系，投影仪和摄像机均存在伽马效应；
[0008]步骤S2：触发投影仪依次投射三步相移条纹至待测物体表面，同步触发摄像机依次采集被物体调制后的三步相移条纹图像，利用三步相移法计算相移条纹图像的整周期未校正截断相位φ
GAM
；
[0009]步骤S3：首先根据伽马误差的周期性，将整周期未校正截断相位φ
GAM
换算成1/3周期未校正截断相位α
GAM
，其次根据伽马误差的对称性，将1/3周期未校正截断相位α
GAM
换算成1/6周期未校正截断相位β
GAM
；
[0010]步骤S4：直接对1/6周期未校正截断相位β
GAM
进行直方图均衡化，获得1/6周期已校正截断相位β
PHE
，然后换算成1/3周期已校正截断相位α
PHE
，再换算成整周期已校正截断相位φ
PHE
；
[0011]步骤S5：利用相位展开算法计算整周期已校正截断相位φ
PHE
所对应的条纹级次，进而恢复出已校正绝对相位Φ
PHE
，再根据条纹投影系统标定结果，将已校正绝对相位Φ
PHE
映射至三维空间，重构出待测物体的三维形貌。
[0012]优选的，理想情况下，即条纹投影系统不存在伽马效应时，所述步骤S2中，摄像机所采集的三步相移条纹图像表示为：
[0013]I
n
(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+δ
n
]；
[0014]式中：n＝1,2,3；(x,y)表示摄像机的像素坐标；A和B分别表示平均强度和调制强度，φ表示真实截断相位，δ
n
＝2πn/3表示第n幅条纹图像的相移量。
[0015]优选的，实际情况下，即条纹投影系统存在伽马效应时，所述步骤S2中，摄像机所采集的三步相移条纹图像表示为：
[0016][0017]式中：a0表示直流分量，a
m
表示第m次谐波的振幅，其大小与m值成反比。
[0018]优选的，所述步骤S2中，利用相移法的计算公式如下：
[0019][0020]因为高次谐波分量较小，若忽略m≥6次谐波分量，则上式可转换为：
[0021][0022]进一步地，因为伽马效应引入的相位误差，简称伽马误差，可表示为：
[0023][0024]式中：系数c1和c2均为常量，根据上述伽马误差的计算公式，可以推导出：
[0025]Δφ
GAM
≈c1sin(3φ)＝c1sin[3(φ+2π/3)]；
[0026]Δφ
GAM
≈c1sin(3φ)＝
‑
c1sin[3(2π/3
‑
φ)]；
[0027]上式表明伽马误差不仅具有周期性，其相位周期为2π/3，而且具有对称性，其关于相位π/3呈中心对称。
[0028]优选的，所述步骤S3中，1/3周期未校正截断相位α
GAM
的换算公式为：
[0029]α
GAM
＝mod(φ
GAM
,2π/3)；
[0030]式中：函数mod表示两个输入参数的余数运算；同时，为了标识单个条纹周期内每个1/3周期，需要计算出如下整数：
[0031]b＝floor[3φ
GAM
/(2π)]；
[0032]式中：函数floor表示输入参数向下取整运算。
[0033]优选的，所述步骤S3中，1/6周期未校正截断相位β
GAM
的换算公式为：
[0034][0035]类似地，为了标识单个条纹周期内的每个1/6周期，需要计算出如下整数：
[0036]d＝floor(3α
GAM
/π)。
[0037]优选的，所述步骤S4中，1/3周期已校正截断相位α
PHE
的换算公式为：
[0038][0039]所述步骤S4中，整周期已校正截断相位φ
PHE
的换算公式为：
[0040]φ
PHE
＝α
PHE
+2πb/3。
[0041]优选的，所述步骤S5中，相位展开算法采用多频法或格雷码法，计算出已校正截断相位φ
PHE
所对应的条纹级次k，便可恢复出已校正绝对相位Φ
PHE
如下：
[0042]Φ
PHE
＝φ
PHE
+2πk。
[0043]采用以上技术方案的有益效果是：
[0044]1、本专利技术提供的一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，充分考虑了伽马误差的周期性和对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：搭建条纹投影三维测量系统，包括投影仪、摄像机和待测物体，投影仪、摄像机和待测物体三者构成三角测量关系，投影仪和摄像机均存在伽马效应；步骤S2：触发投影仪依次投射三步相移条纹至待测物体表面，同步触发摄像机依次采集被物体调制后的三步相移条纹图像，利用三步相移法计算相移条纹图像的整周期未校正截断相位φ
GAM
；步骤S3：首先根据伽马误差的周期性，将整周期未校正截断相位φ
GAM
换算成1/3周期未校正截断相位α
GAM
，其次根据伽马误差的对称性，将1/3周期未校正截断相位α
GAM
换算成1/6周期未校正截断相位β
GAM
；步骤S4：直接对1/6周期未校正截断相位β
GAM
进行直方图均衡化，获得1/6周期已校正截断相位β
PHE
，然后换算成1/3周期已校正截断相位α
PHE
，再换算成整周期已校正截断相位φ
PHE
；步骤S5：利用相位展开算法计算整周期已校正截断相位φ
PHE
所对应的条纹级次，进而恢复出已校正绝对相位Φ
PHE
，再根据条纹投影系统标定结果，将已校正绝对相位Φ
PHE
映射至三维空间，重构出待测物体的三维形貌。2.根据权利要求1所述的一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，其特征在于：理想情况下，即条纹投影系统不存在伽马效应时，所述步骤S2中，摄像机所采集的三步相移条纹图像表示为：I
n
(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+δ
n
]；式中：n＝1,2,3；(x,y)表示摄像机的像素坐标；A和B分别表示平均强度和调制强度，φ表示真实截断相位，δ
n
＝2πn/3表示第n幅条纹图像的相移量。3.根据权利要求1所述的一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，其特征在于：实际情况下，即条纹投影系统存在伽马效应时，所述步骤S2中，摄像机所采集的三步相移条纹图像表示为：式中：a0表示直流分量，a
m
表示第m次谐波的振幅，其大小与m值成反比。4.根据权利要求1所述的一种用于条纹投影系统的伽马误差校正方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉伟，徐洪志，汪宇，饶元，杨玲玲，朱浩杰，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：