[發(fā)明專利]一種S型分段相位編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811415235.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109579742B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伏燕軍;陳元;韓旭;王霖;鐘可君;夏桂鎖
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南昌洪達專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

本發(fā)明公開了一種S型分段相位編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法，由相位編碼原理、格雷碼原理、條紋級次求解原理、三維測量原理四大關(guān)鍵部分組成。本發(fā)明的優(yōu)點是：(1)對相位編碼條紋采用分段編碼處理，使嵌入的碼字數(shù)量有了很大的提高,提高了測量精度。(2)采用S型分段相位編碼，分段級次跳變處的分段相位編碼級次無跳變，使分段級次判斷更加精確。(3)簡化分段相位編碼條紋級次連接數(shù)據(jù)處理的算法。(4)本方法在高頻測量時穩(wěn)定性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種S型分段相位編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法，具體涉及一種分段相位編碼結(jié)合格雷碼的三維測量方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)光的廣義定義可以描述為：投射器向已知空間方向投射編碼光線，光線被測試物體調(diào)制變形，由探測器收集這些調(diào)制光線的集合，便組成了結(jié)構(gòu)光。結(jié)構(gòu)光投影輪廓術(shù)由于非接觸、全場無損耗測量、測量速度快、靈敏度高和自動化程度高等優(yōu)點，在三維測量中有重要意義。由計算機、投射器、探測器和被測物體組成的三角形結(jié)構(gòu)稱為結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)。三維結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)如圖1所示，包括DLP 1、CCD2、計算機3、測量支架4、參考平面5和待測物體6；其特征是：DLP1和CCD 2放在測量支架4上；DLP 1、CCD 2分別通過數(shù)據(jù)線連接計算機3；待測物體6放在參考平面5上；計算機3內(nèi)包含圖像采集卡、投影軟件、測量軟件。DLP 1將帶有特征信息的條紋聚焦投射到被測物體6表面，由CCD 2采集條紋信息，經(jīng)過計算機3處理后提取出特征信息，并按照特定算法進行三維重建。DLP 1光軸和CCD 2光軸相交于O點。DLP 1和CCD 2為同一高度，它們之間的距離為d，它們到參考平面的距離為l₀。被測物體的高度計算公式為：

其中f₀為參考平面上的正弦條紋頻率，Δφ為物體表面圖像和參考平面圖像對應(yīng)點的連續(xù)相位差。

條紋投影法作為研究結(jié)構(gòu)光測量方法的重要方面，它主要是基于編碼條紋的一種三維測量方法。通過對光學三維測量領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動向的分析研究，基于相位的相位編碼條紋，對環(huán)境光、相機噪聲、物體表面的反射率等不敏感，免疫性好，魯棒性強，被廣泛應(yīng)用于三維測量領(lǐng)域。但是，當相位編碼的碼字增多時，導致碼字之間的差距變小，相位條紋變模糊，相位編碼的條紋邊緣跳變不明顯，影響碼字的恢復，使得測量的結(jié)果受到很大的影響。格雷碼是測量復雜物體最廣泛的的方法之一，碼字由0、1組成，編碼簡單，誤碼率低，但格雷碼字個數(shù)是以2^n為標準決定的，當碼字增加到一定程度時投影的幅數(shù)急劇上升，對于實際測量有很大的局限性。因此，本發(fā)明提出了一種S型分段相位編碼結(jié)構(gòu)光三維測量的方法，為了解決相位編碼碼字過多產(chǎn)生的問題，提出了S型分段的相位編碼，每段嵌入m個碼字，由于m較小，所以相位編碼條紋邊緣跳變明顯，條紋級次的判決更穩(wěn)健。為了解決分段連接問題，提出了使用格雷碼的方法，由于分段的數(shù)量較小，可以用少量的格雷碼條紋圖準確判別出分段情況，同時，使用格雷碼判斷相位編碼分段情況也使得分段的條紋級次連接計算變得簡單、方便，某種程度上提高了數(shù)據(jù)的處理速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出來一種S型分段相位編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法，使得相位編碼碼字增加，減少處理所需數(shù)據(jù)的復雜度，在算法上提高測量速度，同時提高測量精度。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種S型分段相位編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法，按照實際測量需求，布置好投影系統(tǒng)、相機、工作站組成的三維測量系統(tǒng)。

步驟一：根據(jù)相位編碼條紋編碼原理：通過設(shè)計使m個碼字嵌入到一個S型分段的階梯編碼中，得到n段的分段編碼相位，最終得到m*n個碼字的相位編碼條紋圖。

步驟二：根據(jù)格雷碼條紋編碼原理：通過設(shè)計使格雷碼條紋對分段相位編碼條紋的段數(shù)n進行編碼，最終得到分段級次為n的格雷碼條紋圖。

步驟三：將正弦條紋圖、設(shè)計的相位編碼和格雷碼投影條紋圖由投影儀投影個被測物體表面，再通過相機采集被物體調(diào)制的條紋圖。