[發明專利]一種基于條紋投影原理的物體三維面形測量系統及方法

在審

• 申請號: 201710903975.9
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107726996A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 劉丹佶;岳慧敏;潘志鵬;吳雨祥
• 申請（專利權）人: 劉丹佶;電子科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種基于條紋投影原理的物體三維面形測量系統，其特征在于：包括具有閃光燈功能、圖像采集功能和數據處理功能的智能手機，所述智能手機上還具有微型光學幻燈投影元件，所述微型光學幻燈投影元件至少包括透鏡和透明膠片，所述透明膠片上具有正弦條紋圖像，微型光學幻燈投影元件緊貼在手機閃光燈罩上，開啟閃光燈能夠使得正弦條紋投影并完全覆蓋在待測物體表面，圖像采集模塊能夠采集待測物體表面調制后得到的變形條紋圖像，經數據處理模塊處理即能夠在智能手機顯示屏上顯示測量得到物體表面的三維面形信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于條紋投影原理的物體三維面形測量系統，其特征在于，待測物體表面、微型光學幻燈投影元件和手機攝像頭在空間上的位置滿足反射定律。

3.一種基于條紋投影原理的物體三維面形測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A：組裝測量系統；

選擇具有閃光燈功能、圖像采集功能和數據處理功能的智能手機，在智能手機閃光燈罩上安裝光學幻燈投影元件，所述微型光學幻燈投影元件至少包括透鏡和透明膠片，所述透明膠片上具有正弦條紋圖像；

步驟B：采集圖像；

調整手機位置使得手機攝像頭正對待測物體表面，定義手機攝像頭和待測物體表面之間的距離為L，定義手機攝像頭中心與閃光燈中心的距離為d；開啟閃光燈使得微型幻燈關學投影元件將其內正弦條紋投影到待測物體表面，而后采集得到經待測表面調制后得到的變形條紋圖像；

步驟C：圖像數據處理；

通過智能手機數據處理模塊進行相位解調得到變形條紋的相位并進行相位展開，根據相位高度映射關系求得高度值，即可求得物體表面的三維面形信息。

4.根據權利要求1所述的一種基于條紋投影原理的物體三維面形測量方法，其特征在于，圖像數據處理具體如下：

所述步驟B中正弦條紋的表達式如下：

I₀(x,y)＝A+Bcos(2πf₀x)

式中：A表示背景光強，B表示調制度分布，f₀表示載頻的頻率；

則采集得到變形條紋圖像表達式采用如下表示：

式中：A表示背景光強，B表示調制度分布，f₀表示載頻的頻率，表示經待測物體表面調制后引入的附加相位；

采用傅里葉變換調解變形條紋相位得到如下表達式：

式中：為解調出的變形條紋相位，I_m表示取虛部運算符，F^*(x,y)為F(x,y)的共軛，而后進行相位展開即可得到如下所示的相位高度映射關系式：

式中：L為手機攝像頭和待測物體表面之間的距離，d為手機攝像頭中心與閃光燈中心的距離，表示經待測物體表面調制后引入的附加相位；至此即獲得物體的三維面形信息。