[發明專利]一種基于單幅光柵投影的三維測量方法和系統

有效

• 申請號: 201710402196.0
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107356212B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 田勁東;吳建梅;李東;田勇
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 44205 廣州嘉權專利商標事務所有限公司
• 代理人: 唐致明

1.一種基于單幅光柵投影的三維測量方法，其特征在于，包括：

物理光柵離焦投影到待測試物體以形成正弦條紋圖，采集待測試物體的變形條紋圖；

利用S變換法處理變形條紋圖以獲得主值相位φ(x,y)；

基于消除包裹法進行解包裹，獲得絕對相位

對基于遠心成像的三維測量系統進行標定以建立成像模型，計算被測物體的三維坐標信息；

其中，基于消除包裹法進行解包裹的步驟包括：

利用歐拉公式將包裹相位φ(x,y)變成復數形式，e^jφ(x,y)＝cosφ(x,y)+jsinφ(x,y)；

令φ_c(x,y)＝e^jφ(x,y)，取φ_c(x,y)的第x行，x∈[0,M-1]，對其兩端進行補零，所述補零的表達式為：

其中，M表示沿水平方向φ_c(x,y)的像素值大小，N表示沿豎直方向φ_c(x,y)的像素值大小，k為一個整數，對獲得的矩陣φ_cx(x,y)進行一維傅里葉變換，求得相位的水平方向頻譜偏移量μ₀；

令φ_c(x,y)＝e^jφ(x,y)，取φ_c(x,y)的第y列，y∈[0,N-1]，對其兩端進行補零，所述補零的表達式為：

其中，M表示沿水平方向φ_c(x,y)的像素值大小，N表示沿豎直方向φ_c(x,y)的像素值大小，k為一個整數，對獲得的矩陣φ_cy(x,y)進行一維傅里葉變換，得到相位的豎直方向頻譜偏移量ν₀；

根據傅里葉變換頻移特性，在空間域將相位的頻譜移動到原始位置，所述傅里葉變換頻移特性表達式為：

其中，(t,z)表示空間變量，(μ,ν)表示頻率域變量，則有，

對φ_cs(x,y)進行四象限反正切操作，獲得消除了包裹的相位。

2.根據權利要求1所述一種基于單幅光柵投影的三維測量方法，其特征在于，利用S變換法處理變形條紋圖的步驟包括：

對獲得的變形正弦條紋圖h(t)進行一維S變換，所述S變換系數S(τ,f)公式為：

其中，是高斯函數，f為頻率，t表示時間，τ決定高斯窗口的中心位置；

對獲得的包含S變換的復雜矩陣采用平頂漢寧窗加權濾波；

對濾波獲得的局部基頻分量沿時間軸進行疊加，獲得完整基頻分量，對其進行傅里葉逆變換后，獲得基頻復信號，表示為解得相位主值φ(x,y)：

其中，Im()和Re()分別表示取復信號的虛數部分和實數部分，其值域為[-π,π)。

3.根據權利要求2所述一種基于單幅光柵投影的三維測量方法，其特征在于，所述平頂漢寧窗的數學表達式為：

該平頂漢寧窗以S變換幅值最大處為中心，標記該處為S變換脊，f_b為S變換脊的頻率，fw_low，fw_high分別表示從S變換脊分別往低頻與高頻方向上的延伸寬度，f_b+fw_high，f_b-fw_low分別表示高低端截止頻率，else表示其他頻率。

4.根據權利要求1所述一種基于單幅光柵投影的三維測量方法，其特征在于，對φ_cs(x,y)進行四象限反正切操作，獲得消除了包裹的相位，所述四象限反正切操作的表達式：