基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，包括如下步骤：S1.获取任意标定面，且已知其相对参考面的高度值；S2.基于频率引导二维S变换法，确定所述标定面不同投影焦距位置处的调制度分布；S3.在所述标定面光场上的任意像素位置处，基于频率引导二维S变换法，计算其调制度分布曲线，确定最大调制度值

【技术实现步骤摘要】
基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及结构光投影三维面形测量
，尤其是涉及基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法及系统。

技术介绍

[0002]随着三维测量技术的迅猛发展，光学微观三维面形垂直测量方法在精密仪器、材料科学以及医学等领域获得了广泛的关注。该技术具有低损耗、非接触、高精度的优点，可完成表面高度分布变化剧烈复杂物体的测量，例如凹槽、台阶和深孔等。
[0003]常见的光学微观三维垂直测量轮廓术包括共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)、干涉测量技术以及结构光法等。CLSM是一种高分辨率的显微成像技术，该技术利用激光逐点扫描，根据不同调焦深度获得被测物体不同深度层次的图像重建被测物体的三维全貌；干涉测量技术主要包括单波长干涉术(SWI)、双波长干涉术(DWI)以及白光干涉(WLI)。然而，SWI存在相位模糊的问题，DWI虽在一定程度扩大了测量范围，但扩大的量程仍然有限，WLI对外界环境要求较高，同时还要求被测物体具有较高的反射率。
[0004]基于结构光照明MMP不需要进行相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.获取任意标定面，且已知其相对参考面的高度值；S2.基于频率引导二维S变换法，确定所述标定面不同投影焦距位置处的调制度分布；S3.在所述标定面光场上的任意像素位置处，基于频率引导二维S变换法，计算其调制度分布曲线，确定最大调制度值
‑
高度的映射关系；S4.基于所述最大调制度值
‑
高度的映射关系，确定被测物体三维面形每个像素点深度信息。2.根据权利要求1所述的基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，S1中，在整个标定区间范围内，任意两个标定面之间的距离均相等，且任意标定面的深度值为参考面的相对高度值。3.根据权利要求2所述的基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，当投影仪分别用不同焦距扫描时，由成像设备获得在不同离焦面上的光场分布可表示为式1：其中，I(x,y；σ
H
)表示点扩散函数标准偏差σ
H
处像平面上的光场分布，
H
表示成像面与焦平面的距离，x和y分别表示两个正交轴方向上像素点的坐标位置；R(x,y)为被测物体表面的反射率，B(x,y)则为环境光强，M为系统放大倍数，C(x,y)表示条纹对比度；exp表示指数函数，f
0u
和f
0v
分别表示在x和y方向的条纹频率，为条纹频率，Φ(x,y)为条纹初始相位。4.根据权利要求3所述的基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，根据余弦函数和复指数函数之间的转换关系cos(x)＝exp(ix)/2+exp(
‑
ix)/2，离焦面上的光场分布可简化为式2：exp{i[2π(f
0u
x+f
0v
t)+Φ(x，t)]}和exp{
‑
i[2π(f
0u
x+f
0v
t)+Φ(x，t)]}表示将条纹表达式中余弦函数转换后的两个指数函数。5.根据权利要求4所述的基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，当窗口中心滑至于某一位置(u,v)处时，考虑到和缓慢变化，在支撑集上可认为式3：在支撑集上可认为式3：R(u,v)表示在位置(u,v)处被测物体表面的反射率，B(u,v)则为位置(u,v)处的环境光强，M为系统放大倍数，C(u,v)表示条纹对比度；
相位Φ(x,y)的泰勒级数的一级近似为式4：Φ(x,y)≈Φ(u,v)+Φ'
x
(u,v)(x
‑
u)+Φ'
y
(u,v)(y
‑
v)；Φ'
x
(u,v)表示对相位Φ(x,y)中x变量进行一阶求导后在位置(u,v)处的取值，Φ'
y
(u,v)则表示对相位Φ(x,y)中y变量进行一阶求导后在位置(u,v)处的取值；将式3和式4代入式2中，可得式2的表达式可进一步改写为式5：I(x,y；σ
H
)≈I0(x,y；σ
H
)+I1(x,y；σ
H
)+I2(x,y；σ
H
)))I0(x,y；σ
H
)、I1(x,y；σ
H
)和I2(x,y；σ
H
)分别表示将I(x,y；σ
H
)拆分后的三项求和因子，表示将exp{i[2π(f
0u
x+f
0v
y)+Φ(x,y)]}在位置(u,v)处的近似表达式，表示将exp{
‑
i[2π(f
0u
x+f
0v
y)+Φ(x,y)]}在位置(u,v)处的近似表达式。6.根据权利要求5所述的基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，基于频率引导二维S变换数学表达式为式6：其中，S(u,v,f
u
,f
v
)表示在信号局部位置(u,v)处的四维矩阵，h(x,y)表示待测二维信号，为二维尺寸可伸缩修正后的滑动高斯窗，u和v表示两个正交方向上的空间变量，决定了高斯窗口的中心坐标；窗口的标准偏差分别为σ
u
和σ
v
，如式7：修正后的滑动高斯窗口宽度大小在x方向上随局部频率f
u
的幂次进行修正，在y方向上随局部频率f
v
的幂次进行修正，且该窗口在x和y方向的尺寸(σ
u
,σ
v
)分别与瞬时频率f
u
的p
u
幂次和f
v
的p
v
幂次成反比，其中，参数p
u
和p
v
分别表示u和v两个方向上的控制因子，以修正高斯窗口的尺寸大小。7.根据权利要求6所述的基于频率引导二维S变换的三维面形垂直测量方法，其特征在于，参数p
u
和p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟敏，甘耀玮，戴湘麟，陈小龙，黄锴志，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
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