[發明專利]基于莫爾序列光柵的面結構光解相方法

有效

• 申請號: 201711397481.4
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108061517B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 劉飛;賴俊霖;李佳鑫;何春橋;張圣明;吳明雄;謝志江;皮陽軍;宋代平
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種基于莫爾序列光柵的面結構光解相方法，通過直接投影節距為P12和P123的莫爾光柵條紋，相比傳統面結構光直接投影節距為P1，P2和P3的條紋光柵，在計算相位級數小數部分的過程中避免了由于誤差傳遞和放大造成計算虛擬節距P12、P123的條紋光柵的整數和小數級數引入的跳躍誤差，該方法通過直接計算節距為P12和P123的莫爾條紋光柵采集圖像的相位級數小數和整數部分，極大的抑制和修正了相位跳躍誤差，在保證結構光三維測量中本身的精度和優點下，獲取更多的有效相位信息，同時，本發明方法在過亮過暗和抗噪性上也有較好的效果，算法具有較好的魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種面結構光解相領域，具體涉及一種基于莫爾序列光柵的面結構光解相方法。

背景技術

隨著科技的進步，高精度的三維測量技術需求越來越大，根據測量時是否與被測量物體接觸，三維測量分為接觸式和非接觸式，非接觸式三維測量技術在具備同樣高精度的條件下還具備傳統接觸式測量技術所不具備的優點：如測量工件表面保護、大型工件測量、耗時少、便攜等。近年來非接觸式三維測量技術在文物保護、逆向工程、虛擬現實等領域也得到越來越多的應用。

在非接觸式三維測量中，基于相位結構光的主動式三維測量方法以高精度、高速度、易于實現等優點逐漸成為三維測量領域的研究熱門。

基于面結構光的三維測量原理：在由投影儀和相機組成的結構光測量系統中，通過投影儀將具有已知相位信息的面結構光投射到被測物體表面，再由相機同步采集經過物體表面高度調制后的條紋光柵圖像，通過對采集的條紋光柵圖像的解相來得到相應的相位分布，再根據系統標定中得到的相位和三維坐標的關系重建出物體的三維形貌。

存在的問題：在面結構光三維測量實際應用中，能否從采集的條紋光柵圖像中解出準確的相位信息直接影響著三維測量和重建精度。傳統的四步相移多頻投影測量方式，在計算相位級數整數部分的時候，由于隨機噪聲、非線性誤差和過亮過暗等因素的影響，在求取相位級數的時候，由于誤差的不斷傳遞放大，導致所求得的相位級數整數部分存跳躍誤差，導致最終求出相位中出現2π的整數倍跳躍誤差，造成相位缺失，在實際測量中，這種跳躍誤差往往較多且不易消除。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供基于莫爾序列光柵的面結構光解相方法，在面結構光三維測量過程中，能夠對噪聲、過亮過暗區域引起的求取相位級數時整數部分跳躍誤差進行抑制和校正，避免相位缺失，保證得到正確的相位信息。

本發明的基于莫爾序列光柵的面結構光解相方法，包括如下步驟：

步驟1：根據三個節距分別為P1、P2與P3的一級光柵條紋并以兩個為一組的方式獲得兩個節距分別為P12和P23的虛擬的二級莫爾光柵條紋，根據該兩個二級光柵條紋獲得節距為P123的虛擬的三級莫爾光柵條紋，所述三級莫爾光柵條紋為全場光柵條紋；

步驟2：根據步驟1獲得節距數據生成節距分別為P1、P12和P123的一級光柵條紋、二級莫爾光柵條紋和三級莫爾光柵條紋的四步相移光柵條紋圖像，分別記為投影圖像1、投影圖像12和投影圖像123；

步驟3：將投影圖像1、投影圖像12和投影圖像123分別通過投影儀投影到物體表面，并通過相機采集圖像，獲得采集圖像1、采集圖像12和采集圖像123；

步驟4：根據步驟3中獲得采集圖像1、采集圖像12和采集圖像123，計算對應采集圖像的包裹相位

步驟5：根據步驟4中獲得包裹相位計算采集圖像1的相位級數小數部分Δn1與整數部分N1、采集圖像12的相位級數小數部分Δn12和整數部分以及采集圖像123的相位級數小數部分Δn123和整數部分N123；

步驟6：根據步驟5中獲得的采集圖像1的相位級數小數部分Δn1與整數部分N1，計算采集圖像1的絕對相位Φ1。