[發明專利]一種減少相位測量輪廓術中多路徑效應影響的方法

有效

• 申請號: 201410507715.6
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104215201A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 劉凱;楊洋;鄭曉軍;吳煒;楊曉敏
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光學三維測量技術領域，特別是采用相位測量輪廓術的三維測量。

技術背景

本發明涉及一種實時光學三維測量方法，即相位測量輪廓術（phase?measuring?profilometry,?PMP），它是廣泛應用于各領域三維測量的方法，具有測量速度快，測量精度高的特點。相位測量輪廓術屬于光學投影式三維輪廓術，通過投影位置、圖像捕捉位置與測量物體位置構成的三角關系確定被測物的三維深度信息。其測量系統主要由投影機、照相機和計算機處理單元構成。系統通過投影機投射若干正弦編碼的光柵圖到被測物體表面，同時照相機捕捉被測物體表面由物體形狀引起變形的正弦光柵圖形，然后計算機處理單元對所得數字光學信息進行運算從而得到被測物體表面的三維深度信息。

照相機的多路徑效應是指，照相機中的電荷耦合元件（Charge-coupled?Device，CCD）可以實現將光信號轉換為電信號，而照相機的數字成像過程可看做是一個積分的過程，同時由于CCD元件上的各單元尺寸并不可能與每個光子一樣，所以在這個數字積分成像的過程中，各像素點的光強信息就必然包含其周圍其他像素點的光強信息，從而導致最終計算得到的測量結果存在誤差，影響測量精度。Xiang?Zhou等人在論文“Effect?of?the?modulation?transfer?function?of?a?digital?image-acquisition?device?on?phase-measuring?profilometry?[J].?APPLIED?OPTICS,?1994,?33(35):?8210-8215?”中將照相機的多路徑效應通過調制傳遞函數（Modulation?Transfer?Function,?MTF）進行了描述，并給出了新的相位測量方法和相位誤差公式。?文獻“許曉暢,?王永昌,?劉凱.?多路徑模型對相位測量輪廓術的影響[J].?計算機輔助設計與圖形學學報,?2014,?26(4)”提出多路徑效應這一概念，初步研究了多路徑效應的出現情況和產生原因，采用了一種3×3的平滑掩膜代入傳統PMP方法的表達式以模擬多路徑效應對獲取的光信號的影響，然后使用了一種相位融合的方法進行相位誤差修正。其方法的不足主要表現在：（1）沒有確切的實驗證明平滑掩膜能夠真實還原多路徑效應帶來的影響，直接使用??3×3的平滑掩膜進行模擬，這樣的模型套用準確度不高；（2）從實驗結果可以看出，相位融合算法在某些特定的方向上實現了一定的修正相位誤差，而在其他方向上仍然存在一定誤差，沒有完整的解決多路徑效應帶來的影響。應用本發明的提及的方案，可以避免引入外來模型可能導致的不確定性誤差和額外誤差，并且方法直接有效，能全面的修正各方向的相位誤差，保證了較高的準確度和可行性。

發明內容

本發明的目的是針對照相機數字成像過程中存在的多路徑效應引起PMP測量結果出現誤差的問題，提出一種有效確定誤差范圍，并由此對誤差部分實現修正的方法。

為實現本發明的目的，本發明提供了以下技術方案：

直接利用傳統PMP系統進行被測物體的三維測量，在得到的數字信息中，對亮度調制參數進行差異計算，根據差異情況對被測物的數字信息進行有效范圍篩選，從而確定存在誤差的區域。針對誤差區域，由于與其鄰近像素點具有的線性連續關系，通過利用有效區域的像素點的相位值來確定誤差像素點的相位值，最后利用傳統PMP方法的三維計算得到三維數據。

與現有技術相比，本發明有如下優點：

本發明可以有效減小多路徑效應引起的相位誤差，提高PMP三維測量結果的精準度。本發明在傳統PMP方法的基礎上進行了改進，避免了使用其他模板可能帶來的不確定誤差和額外影響，保證了測量數據的可靠性，并且可以實現各方向上相位誤差校正，方法直接有效，相比傳統PMP方法能使測量結果達到具有更高的精準度。

?附圖說明

圖1是本發明的流程圖。

圖2是本實例中使用傳統相位測量輪廓術重建得到的目標的正視圖和局部側視圖；

圖3是使用了本發明的方法后重建得到的目標正視圖和局部側視圖。

具體實施方式

為了使發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。