[發明專利]針對條紋投影三維測量系統離焦現象的相位誤差校正方法有效

申請號：	201711442917.7	申請日：	2018-02-09
公開（公告）號：	CN108168464B	公開（公告）日：	2019-12-13
發明（設計）人：	達飛鵬;饒立	申請（專利權）人：	東南大學
主分類號：	G01B11/25	分類號：	G01B11/25
代理公司：	32206 南京眾聯專利代理有限公司	代理人：	顧進
地址：	210096 ***	國省代碼：	江蘇;32
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	離焦三維測量系統相位誤差校正條紋投影校正相機采集相移條紋圖像待處理像素點擴散函數計算機生成鄰域平均法背景圖像邊緣提取邊緣像素待測物體三維信息相位梯度相位誤差相位信息像素計算映射關系背景圖邊緣圖相位圖濾波像素并用圖像轉化
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【權利要求書】：

1.一種針對條紋投影三維測量系統離焦現象的相位誤差校正方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1.使用投影儀在物體上投射所需的N幅標準相移正弦條紋圖像，對N幅條紋圖進行采集；

S2.對于步驟S1中采集得到的條紋圖，求解背景圖像I',然后用傳統相移法求解帶有相位誤差Δφ(x_c)的相位

S3.對S2中得到的背景圖像I'進行邊緣提取；

S4.用步驟S3中得到的邊緣圖像，恢復背景圖像I'在離焦之前的清晰背景圖像I′_s；

S5.根據步驟S4中求得的清晰背景圖像I′_s，通過最小化如下圖像距離來計算每一個邊緣像素由相機模糊引起的點擴散函數G，由單參數標準差σ描述，

d＝||I'-I′_s*G||²；

S6.對于步驟S5中確定的每一個待處理的像素，跟據鄰域平均法計算相位梯度方向：

其中，u和v為圖像像素坐標的橫向和縱向索引；w為一個預設的正方形鄰域的寬；φ_u和φ_v分別為沿u和v方向的相位偏導數；

S7.根據步驟S4中得到的離焦前背景圖像I′_s，步驟S5中得到的點擴散函數G和步驟S6中得到的相位梯度方向對每一個待處理的像素，計算其由相機離焦引起的相位誤差：

其中Δ(x_i,x_o)是像素x_i與x_o之間的相位差，在近鄰域平面性假設的前提下，其中向量由x_o指向x_i；為像素點x_o的梯度方向，即步驟S6中求得的ρ為x_o的鄰域的相位密度，即相鄰像素沿著相位梯度方向的相位差值，可直接在相位圖中獲取，在計算相位誤差時，進行求和的鄰域的大小范圍為寬為6σ+1的正方形區域，σ在步驟S5中計算得到；

S8.根據式獲取校正后的相位信息，最終結合標定信息，可求得測量物體的三維信息。

2.根據權利要求1所述的針對條紋投影三維測量系統離焦現象的相位誤差校正方法，其特征在于，步驟S1中所述的使用投影儀在物體上投射所需的N幅標準相移正弦條紋圖像的具體操作是：根據主動光投影三維測量系統中的硬件三角關系固定投影儀和攝像機，將表面紋理復雜的待測物體放置在合適的位置，使用投影儀在物體上投射所需的N幅標準相移正弦條紋圖像，條紋灰度值設置為：

其中，為第n幅條紋圖像的灰度值；A和B分別為條紋背景強度和條紋調制度系數；φ為設定的相位值；δ_n為條紋的相移量，n＝1，2，…，N，N為總的相移步數。

3.根據權利要求1所述的針對條紋投影三維測量系統離焦現象的相位誤差校正方法，其特征在于，步驟S1中所述的對N幅條紋圖進行采集的具體方法是：首先調整攝像機的光圈大小，快門速度和感光度，使得采集回來的圖像不會出現圖像飽和，即圖像中最亮區域灰度值小于255，在此相機參數下對N幅條紋圖進行采集，在相機出現離焦現象時，相機采集到的條紋灰度值為：

其中，為采集到的條紋圖，x_c代表采集圖像的任一像素，x_o為x_c對應的在投影儀幅面的像素，x_i為x_o在投影儀幅面的鄰域像素；T(x_i,x_o)是像素x_i對x_o的影響系數且T(x_i,x_o)＝β·G(x_i,x_o)·r_i,其中β是相機的增益，G(x_i,x_o)為相機模糊引起的點擴散函數PSF，r_i為x_c多對應的物體表面物點的反射率系數。