[發明專利]基于改進多頻條紋結構光的三維測量方法

有效

• 申請號: 201811490003.2
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109489585B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 朱勇建;黃振;馬俊飛;羅堅;郭磊;潘敏玲
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

本發明公開了基于改進多頻條紋結構光的三維測量方法，其特征是，包括如下步驟：1)生成多頻率編碼條紋圖；2)相機標定；3)投影儀標定；4)投影編碼條紋圖片并求頻率為f_n條紋圖的絕對相位；5)三維重建測量。這種方法使用的設備簡單，成本低廉，可對大型的、型面復雜、過渡劇烈的物體表面進行精確三維測量。

技術領域

本發明屬于光學檢測領域，涉及面結構光三維測量，具體是基于改進多頻條紋結構光的三維測量方法。

背景技術

科學技術不斷進步讓人們對于物體信息的獲取要求逐漸提高，開始從平面二維轉為三維立體，快速、準確地獲取物體的三維信息已經成為了產品快速設計、產品質量檢測、醫學檢測、文物保護、服裝設計、自動導航以及虛擬現實系統等鄰域的關鍵問題。光學測量技術和計算機技術的迅猛發展使得傳統三坐標接觸式測量方式逐漸向光學非接觸式測量轉變，非接觸的測量方式不僅可以避免與被測物接觸，而且便于自動化，在各個領域有著廣闊的應用前景，而且精度較高，滿足了人們的使用需求。在光學非接觸式測量技術中，主動式的結構光測量方式的發展最為迅速，它采用不同的投射裝置向被測物體投射不同種類的結構光，并拍攝經被測物體表面調制而發生變形的結構光圖像，然后從攜帶有被測物體表面三維形貌信息的圖像中計算出被測物體的三維形貌數據；

現有技術之一：參見“Liu C,Liu Y,Liu X,et al.Three-dimensional footwearprint extraction based on structured light projection[C]//IEEE InternationalConference on Computer and Communications.IEEE,2017:685-689.”，中國電子科技集團公司第38研究所Changjin Liu等人提出一種基于結構光投影方法的高分辨率三維測量方法，在此基礎上開發了一種改進的系統校準方法和基于格雷碼的自校正相位展開方法。該方法目標平面200mm*200mm，測量鞋底印花在不同土壤留下的腳印，可達0.05mm的重建精度。該方法是使用格雷碼加相移的方法進行解包裹，當相移條紋較密時，確定條紋的級次進行無歧義展開時需要多幅圖片，易受環境光和被測物體表面的反射率等因數影響，抗干擾能力弱；

現有技術之二：參見“楊柳,程筱勝,崔海華,戴寧,張晨博.免疫于伽馬非線性的八步相移法[J].激光與光電子學進展,2016,53(11):167-173.”，南京航空航天大學機電學院楊柳等人提出一種基于八步相移法的伽馬非線性誤差消除方法。八步相移法分析了相位波動誤差，投影儀的γ值對相位的影響，構建了數學模型，當投影儀的γ值小于4時，包裹相位只與采集圖像的灰度值有關，與伽馬非線性和背景光強無關；

現有技術之三：中國專利文獻CN108332685A公開了一種編碼結構光三維測量方法，使用格雷編碼圖像和線移條紋編碼圖像，以歐拉距離為關鍵點距離約束條件，分別獲取格雷碼邊緣線上與線移條紋中心線上的關鍵點；設計邊緣奇異算子和中心奇異算子并分別構建邊緣檢測代價函數和中心檢測代價函數；由最短路徑搜索技術分別自動跟蹤定位格雷碼邊緣和線移條紋中心；旨在效減小格雷碼條紋邊緣定位不準確、線移條紋中心定位誤差，提高三維測量時對格雷碼邊緣線與線移條紋中心定位的精度；

現有技術之四：參見“多頻外差原理相位解包裹方法的改進[J].光學學報,2016,36(4)”，陳松林等人利用雙頻外差原理進行部分條紋解包裹，然后利用相位與條紋節距之間的關系將包裹后的相位轉換為其他條紋的相位，使用轉換后的相位對其包裹相位進行校正，得到展開相位。為使展開的相位不存在跳躍性誤差，提出了解包裹過程中所需滿足的約束條件，但對于測量表面精細的物體，需要的條紋更密集，節距也更小，需要的包裹相位誤差也更?。?/p>

在大型的、型面復雜、過渡劇烈的物體表面進行精確三維測量時，需要更密集條紋，也需要更加準確的確定條紋的級次進行無歧義包裹相位展開。

發明內容