[發明專利]一種雙頻相移與格雷碼組合方法

有效

• 申請號: 201710061098.5
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106840038B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 于雙;趙煙橋;吳海濱;于曉洋;孫曉明;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

一種雙頻相移與格雷碼組合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、根據格雷碼與相移組合方法獲得絕對模擬碼，根據相移法獲得低頻包裹模擬碼，然后、計算低頻包裹模擬碼級數，第三、將低頻包裹模擬碼展開為低頻絕對模擬碼，第四、計算校正后的包裹模擬碼級數，第五、將包裹模擬碼展開為校正后的絕對模擬碼，最后、使用校正后的絕對模擬碼恢復被測物體的三維形貌；本發明有益效果在于：同格雷碼與相移組合方法相比，采用本發明方法的測量結果中不會產生由周期跳變誤差導致的粗大誤差，可以提供更加可靠的絕對模擬碼，從而提高了測量準確度。

技術領域

一種雙頻相移與格雷碼組合方法屬于結構光三維測量技術領域。

背景技術

基于結構光三維測量技術作為一種非接觸式三維測量技術，在逆向工程、工業檢測、醫學、虛擬現實等眾多領域具有廣泛的應用。而基于數字條紋投影的結構光法以其效率高的優點，成為結構光三維測量技術中的重要分支。對于條紋投影方法而言，由于相移技術速度快和精度高，適用于測量具有復雜形狀的物體，已被廣泛使用；其中，三步相移算法必須進行模擬碼解包裹獲得連續的絕對模擬碼，而格雷碼作為一種數字時間編碼，在連續數字的二進制編碼字中最多有一位不同，這保證了錯誤的最小化，提高了抗干擾能力，因此將格雷碼與相移技術組合起來進行三維測量成為結構光方法發展的趨勢和研究熱點，格雷碼加相移法利用具有高抗干擾能力的格雷碼來確定唯一的模擬碼級數，進行無誤差累計的模擬碼解包裹，利用相移法的高采樣密度、高分辨率和高測量準確度進行測量，既能測量高度劇烈變化或不連續的表面又保持高測量準確度。

然而，在格雷碼與相移組合方法中，由于被測對象的非均勻反射率、背景強度和離焦的影響，所拍攝的格雷碼條紋圖像在黑白轉換邊界往往不是銳截斷的，這在二值化過程中會產生錯誤，從而導致錯誤的模擬碼級數。另外，在實際測量過程中，由于被測對象表面的非均勻反射率、噪聲、環境光、離焦以及數字投影儀的非線性的影響，所拍攝的相移條紋圖像將會偏離其理想的余弦波形，這會在模擬碼的每個主值范圍內產生解碼誤差。錯誤的模擬碼級數和模擬碼誤差會導致絕對模擬碼中存在明顯的模擬碼跳變，相當于一個條紋周期的誤差，我們稱之為周期跳變誤差，周期跳變誤差直接導致測量結果產生粗大的測量誤差，因此需要消除周期跳變誤差。

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，例如：

文章《Self-correction phase unwrapping method based on Gray-codelight》提出了一種自校正模擬碼解包裹方法，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，從而避免絕對模擬碼中產生周期跳變誤差，但是該方法需要分別通過相鄰像素的模擬碼和模擬碼級數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 Shape Measurement Based on Complementary Gray-Code Light》提出了一種基于互補格雷碼的模擬碼解包裹方法，該互補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。

發明內容

為了消除周期跳變誤差，本發明公開了一種雙頻相移與格雷碼組合方法，同格雷碼與相移組合方法相比，采用本發明方法的測量結果中不會產生由周期跳變誤差導致的粗大誤差，可以提供更加可靠的絕對模擬碼，從而提高了測量準確度。

本發明的目的是這樣實現的：

一種雙頻相移與格雷碼組合方法，包括以下步驟：

步驟a、根據格雷碼與相移組合方法獲得絕對模擬碼x，根據相移法獲得低頻包裹模擬碼

其中，