[發明專利]基于雙頻余弦波的結構光相位解碼方法

有效

• 申請號: 201510333040.2
• 申請日: 2015-06-16
• 公開（公告）號: CN104897086B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 王北一;于曉洋;張吉勛;何寶華;吳海濱;孫曉明;于舒春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 陳潤明

技術領域

基于雙頻余弦波的結構光相位解碼方法屬于結構光三維測量技術領域。

背景技術

三維形貌測量在科學研究、醫學診斷、工程設計、刑事偵查等領域均有廣泛的應用。而結構光作為三維形貌測量手段的重要組成部分，以其非接觸式、成本低、分辨率高和速度快的優勢，得到了各國學者和工程技術人員的廣泛關注。

結構光是一組由投影儀和攝像頭組成的系統結構。用投影儀投射特定的光信息到物體表面后及背景后，再由攝像頭進行采集，根據物體造成的光信號變化來計算物體的位置和深度信息，進而復原整個物體三維形貌。

編解碼技術是結構光的關鍵技術問題之一，最原始的編解碼方法是將投影光的整個周期投射到被測物體上，這種方式由于相鄰兩個像素之前的灰度值差值很小，因此抗干擾能力差。針對上述問題，發展了將兩束不同頻率光相結合的編解碼方法，其中就包括將兩個模擬編碼光相結合的方法，該方法具有高采樣密度、高分辨率和高測量準確度。然而，這類方法的相位展開算法復雜，而且在實際應用過程中，發現會存在相位主值測量誤差導致相位跳變問題。

針對相位展開算法復雜以及相位跳變的問題，本課題組在2014年11月18日申請了發明專利《一種雙頻模擬編碼光容錯相位展開工程方法》，后文簡稱《相位展開工程方法》，該專利采用了一種非常簡單的運算規則，即可實現相位展開，并且克服了相位跳變的問題。

而隨著工作的不斷深入，發現《相位展開工程方法》可以更加完善，首先，該工作可以具體到采用《相位展開工程方法》沒有提及的雙頻余弦波，然后，突破余弦波周期為整數的限制，以及雙頻余弦波周期差值為1的限制，最后，給出余弦波相位展開的計算方法。

發明內容

本發明的目的在于對在先申請發明《一種雙頻模擬編碼光容錯相位展開工程方法》進行進一步細化與完善，實現對雙頻余弦波進行解碼。

為了實現上述目的，本發明公開了一種基于雙頻余弦波的結構光相位解碼方法，該方法在本課題組在先申請發明專利的基礎上進行延續，不僅保留了在先申請發明的全部技術優勢，而且同在先申請發明相比，靈活性更好，算法更具體。

本發明的目的是這樣實現的：

基于雙頻余弦波的結構光相位解碼方法，包括以下步驟：

步驟a、分別投影波形函數為y1＝k1×cos(2πx/a1)+b1的第一余弦波和波形函數為y2＝k2×cos(2πx/a2)+b2的第二余弦波；

其中：

k1決定第一余弦波的對比度，a1為第一余弦波的波長，b1決定第一余弦波的亮度；

k2決定第二余弦波的對比度，a2為第二余弦波的波長，b2決定第二余弦波的亮度；

x為空間位置；

并且：

兩個余弦波起始點相同；

a1/(a2-a1)∈N，N為自然數；

步驟b、根據給定的空間位置X，X∈(0,a1×a2/(a2-a1))，求所述空間位置X對應第一余弦波的相位主值phi1和第二余弦波的相位主值phi2；

步驟c、對第一余弦波的相位主值phi1和第二余弦波的相位主值phi2進行重新賦值：

phi1＝a1×phi1/(2π)；

phi2＝a2×phi2/(2π)；

步驟d、求步驟c所得phi1和phi2的差：h＝phi1-phi2；

步驟e、求解空間位置X所包含第一余弦波的周期整數n1和第二余弦波的周期整數n2：

n1＝mod(h,a2)/abs(a1-a2)；

n2＝mod(h,a1)/abs(a1-a2)；

其中：mod()為取余數運算，abs為取絕對值運算；

步驟f、采用n1×a1+phi1或n2×a2+phi2求解相位展開值。

上述基于雙頻余弦波的結構光相位解碼方法，所述的a1和a2同為整數，或同為非整數，或一個為整數一個為非整數。

上述基于雙頻余弦波的結構光相位解碼方法，對于仿真運算，采用如下方法得到步驟b中的phi1和phi2：

phi1＝arccos(2πX/a1)；

如果：

tan(2πX/a1)>0，并且cos(2πX/a1)>0，對phi1進行重新賦值，有：phi1＝phi1；

tan(2πX/a1)<0，并且cos(2πX/a1)<0，對phi1進行重新賦值，有：phi1＝phi1；