【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光学测量，更具体地说，涉及一种基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法。
技术介绍
1、结构光是一种非接触式的三维成像技术，具有易于实现、无损伤、快速、高精度、低成本等优点，是测量三维形貌的重要手段，在工业生产、医疗成像以及计算机视觉等领域均有广泛的应用。
2、目前结构光三维测量方法主要是利用多幅相移图案计算三维形貌。获取到多幅相移图案后，将单一频率的相移条纹图案与格雷码图案在时域中重新排布，仅投影1幅格雷码图案和3幅相移条纹图案即可完成1帧三维形貌测量，实现了动态场景的高速测量，但是，使用的格雷码辅助相位展开方法计算复杂，对硬件性能要求较高，而且使用单一频率的相移条纹图像，导致结构光三维测量方法对环境噪声的鲁棒性较差。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提供了一种基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，用于解决现有结构光三维测量方法，使用单一频率的相移条纹图像，在环境噪声大的情况下的鲁棒性较差的问题。
2、为实现上述目的，现提出的方案如下：
3、优选地，应用于三维测量系统，三维测量系统包括计算单元、投影单元、图像获取单元，三维测量方法，包括：
4、计算单元生成至少两种不同空间频率且相移步数相同的正弦条纹图像，得到正弦条纹图像集合，并将正弦条纹图像集合上传到投影单元；
5、投影单元将正弦条纹图像集合中的正弦条纹图像循环向待测物体进行投影；
6、图像获取单元同步采集经待测物体表面调制后
7、计算单元根据相移步数对条纹图像集合中的条纹图像进行分组，并根据相移法计算各组条纹图像对应的包裹相位，得到包裹相位序列；
8、基于时间门重叠编码策略提取包裹相位，得到各初始包裹相位集合，并按照空间频率将各初始包裹相位集合中的包裹相位进行排序，得到各目标包裹相位集合；
9、基于多频外差法计算各目标包裹相位集合对应的展开相位，得到展开相位序列；
10、基于三角形相似原理，结合标定参数对展开相位序列进行计算，得到三维点云序列。
11、优选地，基于时间门重叠编码策略提取包裹相位，包括：
12、提取第m帧包裹相位及第m帧的前m-1帧包裹相位，得到第m帧对应的初始包裹相位集合，m为空间频率数量，m≥m。
13、优选地，根据相移法计算各组条纹图像对应的包裹相位，包括：
14、根据公式2计算各组条纹图像对应的包裹相位，
15、
16、其中，θ为包裹相位，(x，y)为条纹图像的像素点坐标，ia、ib、ic、id为分组内的各条纹图像。
17、优选地，基于多频外差法计算各目标包裹相位集合对应的展开相位，包括：
18、计算目标包裹相位集合中任意两个不同空间频率的包裹相位之间的外差相位，得到外差相位集合；
19、根据平均误差效应，将外差相位集合中各空间频率对应的外差相位进行加权平均，得到目标包裹相位集合对应的展开相位。
20、优选地，计算目标包裹相位集合中任意两个不同空间频率的包裹相位之间的外差相位，包括：
21、根据公式3和公式4计算各目标包裹相位集合对应的展开相位，
22、
23、其中，n为相移步数，n-2为展开次数，分别为空间频率h1，h2，…，hn对应的目标包裹相位集合包裹相位，φ1为最小空间频率h1对应的外差相位；
24、
25、其中，φ2，φ3，...，φn为空间频率h2，h3，...，hn对应的外差相位。
26、优选地，根据平均误差效应，将外差相位集合中各空间频率对应的外差相位进行加权平均，包括：
27、根据公式5对外差相位集合中各空间频率对应的外差相位进行加权平均，
28、
29、其中，φ1，φ2，...，φn和分别为空间频率h1，h2，…，hn对应的外差相位。
30、从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，计算单元生成至少两种不同空间频率且相移步数相同的正弦条纹图像，得到正弦条纹图像集合；投影单元将正弦条纹图像集合中的正弦条纹图像循环向待测物体进行投影；图像获取单元同步采集经待测物体表面调制后的条纹图像，得到条纹图像集合；计算单元根据相移步数对条纹图像集合中的条纹图像进行分组，并根据相移法计算各组条纹图像对应的包裹相位，得到包裹相位序列；基于时间门重叠编码策略提取包裹相位，得到各初始包裹相位集合，并按照空间频率将各初始包裹相位集合中的包裹相位进行排序，得到各目标包裹相位集合；基于多频外差法计算各目标包裹相位集合对应的展开相位，得到展开相位序列；基于三角形相似原理，结合标定参数对展开相位序列进行计算，得到三维点云序列。本申请提供的一种测量方法，使用多种不同频率的正弦条纹图像，对环境噪声的鲁棒性高，测量精度高。同时，通过时间门重叠编码投影策略充分利用每一帧条纹图像在时间上的相关性，进一步提高了测量精度。而且仅需要投影较少的正弦条纹图像即可完成一帧三维测量，从而保证了三维测量的速度。通过多频外差法进行相位展开，计算简单，对硬件要求较低。
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1.一种基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，应用于三维测量系统，三维测量系统包括计算单元、投影单元、图像获取单元，三维测量方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，基于时间门重叠编码策略提取包裹相位，包括：
3.根据权利要求1所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量，其特征在于，根据相移法计算各组条纹图像对应的包裹相位，包括：
4.根据权利要求1所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，基于多频外差法计算各目标包裹相位集合对应的展开相位，包括：
5.根据权利要求4所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，计算目标包裹相位集合中任意两个不同空间频率的包裹相位之间的外差相位，包括：
6.根据权利要求5所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，根据平均误差效应，将外差相位集合中各空间频率对应的外差相位进行加权平均，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，应用于三维测量系统，三维测量系统包括计算单元、投影单元、图像获取单元，三维测量方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量方法，其特征在于，基于时间门重叠编码策略提取包裹相位，包括：
3.根据权利要求1所述的基于多频外差与时间门重叠编码的结构光三维测量，其特征在于，根据相移法计算各组条纹图像对应的包裹相位，包括：
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾梦宇，孙伯帅，高峰，王伟，
申请(专利权)人：杭州呈光医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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