[發明專利]一種用于三維測量的光柵條紋相位求解方法

在審

• 申請號: 201510443407.6
• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN105043301A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 陳錢;馮世杰;顧國華;左超;張玉珍;陶天陽;張良;孫佳嵩;胡巖;張佳琳
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛;孟睿

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種用于三維測量的光柵條紋相位求解方法。

背景技術

三維測量是應用一定的手段和方法對被測量物進行掃描獲取其表面空間幾何坐標位置的過程。傳統方法通常利用三維坐標機來實現對物體三維輪廓的提取。該類方法優點在于測量精度高，而不足之處是測量周期較長，且由于其接觸式測量的特性不適用于檢測表面柔軟的物體。光學三維測量方法是一種非接觸的三維測量方法，不僅可以非接觸地測量物體，而且測量效率高，測量速度快。隨著工業、計算機視覺、醫學等領域的發展，它們對三維測量技術的性能要求不斷提高。快速動態物體的測量正逐漸成為光學三維測量技術的發展的一個重要方向。

在工業檢測中，產品的質量控制是一項非常重要的工作。由于生產線的高速運行以及流水線自動化的需求，使得傳統的依靠人力實現產品外觀檢測、缺陷檢查的方法不再適用；在汽車制造領域，通常要對汽車的氣囊進行動態建模分析，由于氣囊在受到劇烈撞擊時需要迅速打開，了解氣囊在整個充氣過程動態、量化的三維輪廓數據能為其設計者提供更加合理氣囊設計方案，為司機帶來更為安全的駕駛環境；在目標識別領域，傳統的識別方法是二維圖像的識別。二維圖像由于只有平面信息，所以其對于物體的位置、深度是十分敏感的。這也就意味著，當從多個角度對同一物體進行拍攝時，通常會得到多個不同的拍攝結果。而三維的目標識別就可以很好的解決這一問題，因為在空間領域物體外形不變，所以保證了恢復的三維數據的穩定可靠的；

近年來，隨著數字投影設備與采集設備的高速發展，基于結構光投影的快速三維測量已成為快速三維測量技術研究的一個重要方向。然而，目前為達到這一目的，仍有很多需要解決的問題。其中一個關鍵問題就是如何較少的條紋幀數來實現測量的目的。因為更少的條紋幀數意味著能在更短的時間內完成獲取三維數據，從而能更準確地把握物體運動過程中的每一個位置的變化或者形變的趨勢。就現有的相位解調方法而言，文獻“Superfastmultifrequencyphase-shiftingtechniquewithoptimalpulsewidthmodulation”(作者Y.WangandS.Zhang)中采用了九幀光柵條紋圖來求解相位，文獻“Dual-frequencypatternschemeforhigh-speed3-Dshapemeasurement”(作者K.Liu等)使用了六幅條紋圖來進行相位求解與去包裹。這些方法由于采用的條紋幀數較多，所以它們對物體的運動仍較為敏感。因此，如何采用更少條紋數來求解待測物相位成為了一個熱點研究問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于三維測量的光柵條紋相位求解方法，只需使用四幅結構光條紋就能進行相位求解與去包裹。

為了解決上述技術問題，本發明提出一種用于三維測量的光柵條紋相位求解方法，使用計算機生成四幅光柵條紋；使用投影儀將生成的四幅光柵條紋透射到待測物表面，使用攝像機同步拍攝經待測物調制的四幅條紋圖像；根據四幅條紋圖像求解四幅光柵條紋中包含的兩個不同的相位，然后相位去包裹獲得用于三維重建的絕對相位。

進一步，所述四幅光柵條紋I₁～I₄的光學表達式為，

I₁(x^p,y^p)＝A(x^p,y^p)+B(x^p,y^p)cos[πF(2x^p/W-1)]

I₂(x^p,y^p)＝A(x^p,y^p)+B(x^p,y^p)cos[πF(2x^p/W-1)+2π/3]

I₃(x^p,y^p)＝A(x^p,y^p)+B(x^p,y^p)cos[πF(2x^p/W-1)+4π/3]

I₄(x^p,y^p)＝A(x^p,y^p)+B(x^p,y^p)(2x^p/W-1)