[發(fā)明專利]一種物體各點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量的多步變頻率投影條紋測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210251114.4
• 申請(qǐng)日: 2012-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN102768025A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈書海;許勇;陳花鈴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對(duì)復(fù)雜非連續(xù)物體面型測(cè)量的無(wú)需相位解包裹的多步變頻率投影條紋測(cè)量方法，屬于光電測(cè)量技術(shù)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

投影條紋式的光學(xué)三維形貌測(cè)量方法具有非接觸、測(cè)量速度快、效率高和非破壞性等優(yōu)點(diǎn)。可以用于機(jī)械加工表面、汽車外形、人體等面型參數(shù)的測(cè)量，在精密機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

經(jīng)文獻(xiàn)搜索發(fā)現(xiàn)，已有的投影條紋光學(xué)三維形貌測(cè)量方法中根據(jù)對(duì)投影條紋的不同處理方法，可以分類為莫爾輪廓術(shù)、相位測(cè)量輪廓術(shù)（PMP）、傅里葉變換輪廓術(shù)（FTP）、希爾伯特變換輪廓術(shù)、小波變換輪廓術(shù)等方法。這些方法都是獲得物體的包裹相位值，然后通過(guò)相位解包裹處理來(lái)獲得和物體高度信息對(duì)應(yīng)的連續(xù)相位值，都需要相位解包裹過(guò)程。

以最常用的相位測(cè)量輪廓術(shù)為例，相位測(cè)量輪廓術(shù)是依賴相移法來(lái)得到物體的包裹相位圖，再利用解包裹算法得到連續(xù)的相位分布圖。在C.Allan?Hobson，John?T.Atkinson?與Francis?Lilley在期刊Optics?and?lasers?in?engineering發(fā)表的論文《The?application?ofDigital?Filtering?to?Phase?Recovery?when?Surface?Contouring?using?Fringe?Projection?Techniques》中說(shuō)明，如果待測(cè)物體不連續(xù)或者得到的包裹相位圖中噪聲太多，是不可能得到正確的解包裹結(jié)果的。蘇顯渝發(fā)表在Optics?and?lasers?in?engineering的論文《Reliability-guided?Phase?unwrapping?Algorithm：A?review》中提到，陰影、條紋調(diào)制度太低、條紋斷裂、欠采樣等均會(huì)造成相位解包裹過(guò)程產(chǎn)生錯(cuò)誤。大部分的解包裹算法都依賴于路徑，例如在蘇顯渝論文《Reliability-guided?Phase?unwrapping?Algorithm：A?review》中提到的利用調(diào)制度函數(shù)生成的質(zhì)量圖進(jìn)行解包裹的質(zhì)量圖導(dǎo)向法解包裹過(guò)程。所以，包裹圖包含陰影、條紋斷裂、以及物體不連續(xù)（存在突變）等情況下，無(wú)法得到良好的解包裹結(jié)果。而目前的投影條紋面型測(cè)量方法大都需要相位去包裹過(guò)程，從而造成這些方法難以應(yīng)用于工程中最常見的、具有孤立非連續(xù)區(qū)域物體的測(cè)量。本發(fā)明給出了一種可以克服現(xiàn)有方法不足的新方法，通過(guò)投影多幅變頻率條紋及使用專門的包裹相位圖處理方法，使得測(cè)量過(guò)程中無(wú)需相位去包裹，物體各點(diǎn)的信息是獨(dú)立獲得。本發(fā)明的方法可以用于測(cè)量具有孤立非連續(xù)區(qū)域物體的面型信息，可以有效的避免解包裹算法中由于路徑依賴的原因而產(chǎn)生誤差在整個(gè)解包裹結(jié)果中傳播的現(xiàn)象。本方法可以用于任意復(fù)雜物體面型的測(cè)量，將可以拓展投影條紋法的測(cè)量對(duì)象范圍。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有投影條紋面型測(cè)量技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提出一種物體各點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量的、無(wú)需相位解包裹的多步變頻率投影條紋測(cè)量方法。在測(cè)量過(guò)程中利用不同空間頻率的條紋投影在物體上，CCD攝像機(jī)記錄每個(gè)空間頻率下包含物體高度信息的變形條紋圖，然后利用標(biāo)定得到的系統(tǒng)參數(shù)和多個(gè)空間頻率條紋得到的包裹相位圖計(jì)算得到物體的絕對(duì)高度分布。具體技術(shù)方案如下：

一種物體各點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量的、無(wú)需相位解包裹的多步變頻率投影條紋測(cè)量新方法，硬件裝置與普通投影條紋測(cè)量裝置相同。

其特征在于，投影多步變頻率空間條紋，不需要任何解包裹算法，直接利用標(biāo)定得到的參數(shù)對(duì)不同空間頻率條紋得到的包裹相位圖進(jìn)行處理，就可以得到被測(cè)物體的絕對(duì)高度信息。本發(fā)明的方法測(cè)量過(guò)程中物體各點(diǎn)高度信息是獨(dú)立測(cè)量的，可以有效地避免解包裹算法中由于路徑依賴的原因而產(chǎn)生的誤差在整個(gè)解包裹結(jié)果中傳播的現(xiàn)象。本發(fā)明的方法可以用于測(cè)量具有孤立非連續(xù)區(qū)域物體的面型信息，即可以用于任意復(fù)雜物體面型的測(cè)量。

本發(fā)明方法中將不同空間頻率的條紋產(chǎn)生的包裹相位圖的余弦相加得到一個(gè)隨物體高度變化的函數(shù)曲線，當(dāng)自變量等于物體實(shí)際高度時(shí)，該曲線產(chǎn)生一個(gè)峰值。在一定范圍內(nèi)對(duì)該函數(shù)的峰值進(jìn)行搜索，就可以獲得該點(diǎn)的高度信息。對(duì)被測(cè)物體上的各點(diǎn)進(jìn)行同樣處理，就可以得到被測(cè)物體各點(diǎn)的實(shí)際高度信息。

受物體高度調(diào)制的余弦條紋可以表示為：