一种光学三维测量中的自适应窗口傅里叶相位提取法制造技术

一种光学三维测量中的自适应窗口傅里叶相位提取法，是对灰度正弦光栅条纹图进行处理：(1)将一行条纹信号进行经验模态分解得到一系列本征模函数。(2)计算每个本征模函数的瞬时频率及边际谱，通过分析边际谱来选择能够准确描述条纹信号变化的瞬时频率。(3)确定条纹信号的背景分量。(4)用所确定的瞬时频率自适应定位局部平稳区域并据此计算高斯窗口的尺度因子。(5)将原信号去除背景分量后，对其进行自适应窗口傅里叶变换得到包裹相位分布。逐行进行上述步骤可得条纹图的全局包裹相位，展开后得到绝对相位并转换为高度信息，从而实现对物体的三维测量。本发明专利技术自适应性强，对面形复杂或含有陡峭边缘物体的测量精度有较大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维信息重构的领域。基于灰度正弦光栅投影，采用希尔伯特-黄变换法分析变形条纹图像并求得条纹的瞬时频率及背景分量，用所求的瞬时频率自适应计算窗口傅里叶变换的窗口尺度因子，通过对去除背景的条纹信号直接做傅里叶变换或自适应 窗口傅里叶变换从而得到精确的包裹相位，这种方法有利于提高对形貌复杂物体或携带陡峭边缘物体的测量精度。
技术介绍
光学三维测量技术能够准确获得物体的三维面形数据，可用于三维模型重建、物体表面轮廓测量、工业环境中的尺寸和形位参数的检测等，因此它在虚拟现实、影视特技、医学整形和美容、工业产品的外观设计、艺术雕塑和文物保护等领域都有广阔的应用前景。光栅投影法是一种重要的三维测量技术，通过向物体表面投射正弦光栅，将物体的高度信息以相位的形式隐含在光栅中，利用CCD获得物体表面的光栅条纹图像，并使用特定算法对条纹图像进行处理，提取其中的相位，从而建立物体的三维信息。常用的求解条纹图像相位的方法有基于时间域的方法和基于变换域的方法。基于变换域的方法由于只需采集一幅变形条纹图即可完成相位的测量，有利于实现物体的动态测量，因此而被广泛研究和应用，其中包括傅里叶变换法、小波变换法、S变换法、窗口傅里叶变换法等。傅里叶变换是一种全局的信号分析工具，不能提取局部信号的特征，只适用于平稳信号。近年来，各种时频分析技术被广泛研究以期能够准确获取条纹图像的细节相位信息。连续小波变换由于具有多分辨率分析的特性被引入光学三维测量领域，通过检测小波变换最大脊处的相位，得到变形条纹图的包裹相位。但是这种方法有个前提条件，即被检测的相位必须是近似线性变化且变化缓慢，否则该方法的理论推导是不成立的。同时，小波母函数及相关参数的选取没有成熟的理论依据，也为小波变换轮廓术的广泛应用带来了限制。S变换与小波变换求解条纹图包裹相位的原理高度相似，故它也不可避免的受到与小波变换同样的条件限制。窗口傅里叶变换也具有较好的时频分析性能，但窗口尺寸即窗口尺度因子的自适应选取一直是研究的热点。现有的选取窗口尺度因子的方法大都是先通过连续小波变换或S变换检测最大脊处的尺度因子，将该尺度因子直接作为窗口傅里叶的尺度因子，或将该尺度因子取倒数作为条纹信号的瞬时频率，再通过相关算法计算窗口的尺度因子。这些方法需要事先设定基函数及经验值，因此自适应性不好，同时也同样受到被检测相位前提条件的限制，使求解的尺度因子或瞬时频率过平滑化，而不能很好的描述条纹信号的局部特征，从而导致这些方法只能测量表面变化相对平滑的物体，而对表面变化复杂或含有陡峭边缘物体的测量会受到较大限制。
技术实现思路
技术问题针对光学三维测量中窗口傅里叶变换求取条纹图包裹相位的精确性和自适应性等问题，本专利技术在自适应进行窗口傅里叶变换及提高包裹相位的求解精度等方面给出了解决办法。本方法借助希尔伯特-黄变换，精确且自适应地求解能准确描述条纹图变化情况的瞬时频率，从而自适应计算窗口傅里叶变换的窗口尺度，同时，在不需要额外计算的情况下可以有效去除条纹图的背景分量从而大大减少窗口傅里叶变换处理过程中零频频谱的干扰。本方法能大大提高对复杂面形或含有陡峭边缘物体的测量精度。技术方案一种光学三维测量中的自适应窗口傅里叶相位提取法，步骤如下步骤I :将灰度正弦条纹图投影到被测物体表面，用CCD对被测物体表面进行拍摄，得到一幅宽度为C、高度为I的变形条纹图像g(y，X)权利要求1.一种光学三维测量中的自适应窗口傅里叶相位提取法，具体步骤如下 步骤I :将灰度正弦条纹图投影到被测物体表面，用CCD对被测物体表面进行拍摄，得到一幅宽度为C、高度为I的变形条纹图像g(y，X)g (y，χ) = A (y, x) +B (y, x) cos ， 其中，A(y，x)是背景分量，B(y，x)是物体表面反射率，&是正弦条纹基频，Φ (y, χ)是待求的包裹相位分布，(y，x)表示变形条纹图像中各像素点的二维坐标，取值范围分别为I彡y彡I, I彡χ彡c, B(y, x)cos为基频分量,此处将每个像素点看作一个信号；步骤2:令y = Ln= 1，用经验模式分解法即EMD对g(y，x)进行分解，方法如下步骤2. I :将g(y，χ)记为一行信号g(x)，其中χ仍然满足I < χ < C，该行信号的相位为0 00，寻找800的极大值点和极小值点，分别采用公知的三次样条插值法对这些极大值点和极小值点进行插值，然后将这些值连接得到极大值包络线gmax (X)和极小值包络线gmin (x)； 步骤2. 2 :用原始信号g(x)减去极大值包络线gmax(X)与极小值包络线gmin(x)的平均值，得到h (χ)h{x) = g(x) - gmax(X);gmm(X)； 步骤2. 3 :分别计算h (χ)的平均幅度mean_amp (χ)和包络幅度env_amp (χ) mean amp(x)=丨 gmax(X):gmm(X)l ,env amp(x)=丨 gmax ⑷;gmm (X)丨； 步骤2. 4 :如果h(x)同时满足以下三个条件，则得到一个本征模函数頂F，记为Sn(X)，且sn(χ) = h(χ),同时将Sn(X)从原信号g(χ)中分离，得到新的信号g' (X) = g(x)-sn(x),否则，直接将h(x)从原信号g(x)中分离，得到新的信号g' (x) = g(x)_h(X)，所述的三个条件是条件 I :mean_amp (χ)/env_amp (χ) < O. 5, 条件2 :满足不等式mean_amp(x)/env_amp(x) < O. 5的像素个数占同一整行像素总数的比例小于O. 05， 条件3 :极大值和极小值的个数之和与h(x)过零点的个数相等或至多相差I个， 步骤2. 5:若步骤2. 4得到的g' (χ)也同时满足以上三个条件，令g(χ) = g' (x)，n= n+l，返回步骤2. I;否则分解停止，并将g' (χ)记为res (X)，得到最后的分解结果为 N g(x) = TjSn(X) + res(x), M=I 其中η为一个MF即s (χ)的序数，I彡η彡N，N为MF的总个数； 步骤3 :通过希尔伯特-黄变换，确定能够准确描述一行条纹信号变化规律的瞬时频率，具体过程如下 步骤3. I :对第η个IMF即Sn(X)做希尔伯特变换，得到 sn '(χ) = ^ (χ)* —= — ,πχ π、-⑴ χ — τ其中为卷积运算符，τ为积分变量，Sn' (X)为希尔伯特变换的结果，分别构造Sn(X)的解析信号Zn(X):全文摘要一种光学三维测量中的自适应窗口傅里叶相位提取法，是对灰度正弦光栅条纹图进行处理(1)将一行条纹信号进行经验模态分解得到一系列本征模函数。(2)计算每个本征模函数的瞬时频率及边际谱，通过分析边际谱来选择能够准确描述条纹信号变化的瞬时频率。(3)确定条纹信号的背景分量。(4)用所确定的瞬时频率自适应定位局部平稳区域并据此计算高斯窗口的尺度因子。(5)将原信号去除背景分量后，对其进行自适应窗口傅里叶变换得到包裹相位分布。逐行进行上述步骤可得条纹图的全局包裹相位，展开后得到绝对相位并转换为高度信息，从而实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：达飞鹏，王辰星，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：