[發明專利]一種可靠的絕對模擬碼檢索方法

有效

• 申請號: 201710061027.5
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106918307B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 于雙;于曉洋;孫曉明;趙煙橋;吳海濱;陳德運
• 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: 張偉

一種可靠的絕對模擬碼檢索方法屬于結構光三維測量技術領域；該方法包括以下步驟：首先，分別計算理想高頻絕對模擬碼和理想低頻絕對模擬碼，然后，分別獲得實際高頻絕對模擬碼和實際低頻絕對模擬碼，第三，計算實際高頻絕對模擬碼和實際低頻絕對模擬碼之間的差，第四，根據實際高頻絕對模擬碼和實際低頻絕對模擬碼之間的差，以及高頻相移條紋周期，計算補償參數，第五，計算校正的高頻絕對模擬碼，最后，確定本發明成立的條件；本發明可靠的絕對模擬碼檢索方法，重建三維結果中不存在粗大誤差，重建結果較好地體現了被測表面的細節特征，效果理想。

技術領域

一種可靠的絕對模擬碼檢索方法屬于結構光三維測量技術領域。

背景技術

基于結構光的三維測量方法作為一種非接觸測量方法在逆向工程、工業檢測、醫學、虛擬現實等領域的應用具有巨大的發展潛力。結構光方法是一種主動式光學測量技術，基本原理是由結構光投射器向被測物體表面投射可控制的光點、光線或編碼條紋結構，并由圖像傳感器獲得圖像，通過測量系統的幾何關系計算得到被測表面的三維坐標。

基于數字條紋投影的結構光法由于其具有快速、非接觸、高分辨率、高準確度以及簡單易用的優點被廣泛應用。對于條紋投影方法，目前有傅里葉變換、小波變換及相移方法來計算包裹模擬碼，其中傅里葉變換和小波變換計算復雜，并且在測量條件惡劣時效果不理想，解碼精度低。而相移方法計算簡單、準確度高，適合于測量復雜表面，相移方法包括余弦相移、梯形相移、三角形相移。相移方法根據變形的條紋圖像計算得到包裹模擬碼，其主值范圍為[0,T)，T為相移條紋周期，包裹模擬碼包含不連續的周期T，因此必須進行模擬碼展開獲得連續的絕對模擬碼。當測量復雜或者不連續的表面時，模擬碼展開將會很困難。

目前模擬碼展開方法主要包括兩頻率模擬碼展開法、多頻率模擬碼展開法以及使用輔助編碼條紋實現模擬碼展開。兩頻率和多頻率模擬碼展開方法分別需要兩組和多組不同頻率的相移條紋圖案，利用不同頻率模擬碼之間的代數關系確定模擬碼級數，從而進行模擬碼展開。由于模擬碼是模擬量，抗干擾能力低，如果包裹模擬碼存在一定程度的誤差，可能會導致較大的模擬碼展開誤差。

與其他輔助編碼相比，格雷碼具有高抗干擾能力，因此普遍采用格雷碼進行模擬碼展開。格雷碼與相移組合方法既能測量高度劇烈變化或不連續的表面又保持高精度，是目前被廣泛應用的方法。但是該方法由于被測對象的非均勻反射率、噪聲、背景強度、離焦以及數字投影儀非線性等的影響，相移條紋圖像會偏離其理想的余弦波形而使包裹模擬碼出現解碼誤差，而且格雷碼條紋圖像在黑白轉換邊界往往不是銳截斷的而使格雷碼解碼出錯，這兩者都會導致絕對模擬碼中存在明顯的模擬碼跳變，近似于整數倍條紋周期的誤差，我們稱之為周期跳變誤差，這會使測量結果產生粗大誤差。

為了減小周期跳變誤差，國內外研究者提出了一些措施，取得了一定的效果。文章《Self-correction phase unwrapping method based on Gray-code light》提出了一種自校正模擬碼展開方法，該方法利用包裹模擬碼中跳變T的位置來校正格雷碼跳變的位置，但是該方法需要分別通過相鄰像素的模擬碼和格雷碼來確定包裹模擬碼中跳變T的位置和格雷碼跳變的位置，并需要確定搜索范圍，時間開銷大，自適應性差。文章《3-D shapemeasurement based on complementary Gray-code light》提出了一種基于互補格雷碼的模擬碼展開方法，這種互補方法與傳統格雷碼方法相比，該方法與傳統格雷碼方法相比，需要一幅額外的格雷碼圖案，格雷碼數量是傳統格雷碼方法的兩倍，并且需要一個相對復雜的解碼過程。文章《Unequal-period combination approach of gray code and phase-shifting for 3-D visual measurement》提出了一種格雷碼與相移非等周期組合方法，該方法的格雷碼編碼周期與相移周期不相等，且格雷碼跳變位置與包裹模擬跳變位置不重合，在適用條件下則不產生周期跳變誤差。然而，隨著測量環境惡化和被測景物表面復雜性增加，所規定的限定條件得不到滿足時，該方法獲取的絕對模擬碼中仍然存在周期跳變誤差、測量結果仍會出現粗大誤差。