[發(fā)明專利]基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710789405.1
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107576280B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 張宗華;王張穎;高楠
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群;王瑞

1.一種基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

1)調節(jié)可見光投影儀和紅外投影儀光路同軸：

1.1)調節(jié)可見光投影儀、紅外投影儀和半透半反鏡的相對位置關系，使得可見光投影儀投射的圖像通過半透半反鏡透射，紅外投影儀投射的圖像通過半透半反鏡反射；

1.2)通過微調節(jié)可見光投影儀、紅外投影儀和半透半反鏡的位置直到可見光投影儀的圖樣和紅外投影儀的圖樣重合，并且保證前后移動被測物體到任何位置均實現(xiàn)重合，從而實現(xiàn)可見光投影儀和紅外投影儀的同光軸光路；

2)完成可見光投影儀和紅外投影儀之間的匹配：

2.1)建立世界坐標系中的投影儀空間物點P(X_w,Y_w,Z_w)和投影儀坐標系中的投影儀成像點p(u_p,v_p)之間的透視投影關系，如式(1)所示；

s[u_p,v_p,1]＝M_p[R_p T_p][X_w,Y_w,Z_w,1]^T＝H_p[X_w,Y_w,Z_w,1]^T (1)

式(1)中M_p為投影儀的內部參數(shù)，R_p為世界坐標系到投影儀坐標系的旋轉矩陣，T_p為世界坐標系到投影儀坐標系的平移向量，H_p為投影矩陣；

對可見光投影儀和紅外投影儀分別應用式(1)，建立世界坐標系中投影儀空間物點P(X_w,Y_w,Z_w)和可見光投影儀坐標系中的投影儀成像點p(u_p1,v_p1)之間的透視投影關系，如式(2)所示；

s[u_p1,v_p1,1]＝M_p1[R_p1T_p1][X_w,Y_w,Z_w,1]^T＝H_p1[X_w,Y_w,Z_w,1]^T (2)

建立世界坐標系中投影儀空間物點P(X_w,Y_w,Z_w)和紅外投影儀坐標系中的投影儀成像點p(u_p2,v_p2)之間的透視投影關系，如式(3)所示；

s[u_p2,v_p2,1]＝M_p2[R_p2T_p2][X_w,Y_w,Z_w,1]^T＝H_p2[X_w,Y_w,Z_w,1]^T (3)

2.2)由式(2)和(3)推導得出紅外投影儀到可見光投影儀的圖像變換關系如式(4)所示，完成可見光投影儀和紅外投影儀之間的匹配；紅外投影儀投射的圖像經(jīng)過式(4)運算即可獲得和可見光投影儀一樣的位置關系，從而該裝置可以作為可見光通道和紅外通道并行四通道使用，同時投射條紋圖像；

[u_p1,v_p1]＝H_p1H_p2^-1[u_p2,v_p2] (4)

2.3)可見光通道和紅外通道的匹配效果驗證：可見光投影儀的可見光通道和紅外投影儀的紅外通道分別投射滿足最佳條紋個數(shù)的一組圖像到被測物體的表面，2CCD相機同時采集兩組圖像，分別對采集的兩組圖像解調相位，得到兩組絕對相位，將兩組絕對相位做差，得到的相位誤差位于允許誤差的范圍；

3)提出紅、綠、藍和紅外并行四顏色通道條紋調制和解調技術，得到絕對相位：

3.1)軟件產生滿足最佳三條紋選擇法的三組正弦條紋編碼到可見光投影儀的紅、綠、藍通道和紅外投影儀的紅外通道，投射到被測物體表面；可見光投影儀的紅通道和藍通道分別編碼條紋個數(shù)為64的正弦條紋圖，紅、藍通道的兩幅正弦條紋圖之間的相位差是90°；可見光投影儀的綠通道編碼條紋個數(shù)為63的正弦條紋圖，紅外投影儀的紅外通道編碼條紋個數(shù)為56的正弦條紋圖；

3.2)2CCD相機同時采集被測物體表面變形的紅外通道條紋圖像和紅、綠、藍通道復合條紋圖像；

3.3)可見光投影儀的紅、藍通道應用兩步相移法，獲得折疊相位；可見光投影儀的綠通道應用傅里葉變換，獲得折疊相位；紅外投影儀的紅外通道應用傅里葉變換，獲得折疊相位；可見光投影儀的綠通道和紅外投影儀的紅外通道獲得的折疊相位用于決定條紋級次；結合兩步相移法、傅立葉變換技術和最佳三條紋選擇法，從單次采集的兩幅條紋圖像獲得各個像素點的絕對相位信息；

4)標定三維成像裝置，把絕對相位轉換為三維數(shù)據(jù)，恢復被測物體的三維形貌。基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法