[發明專利]一種相位誤差的自校正方法

有效

• 申請號: 201910123758.7
• 申請日: 2019-02-19
• 公開（公告）號: CN110375671B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 楊延西;王建華;張申華;鄧毅;高異
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

一種相位誤差的自校正方法，包括以下步驟：步驟1，周期P_T的計算；步驟2，改進的組合包裹相位計算；解決現有技術中的投影條紋需要加倍、測量效率降低的問題，降低由光柵條紋非正弦性所引起的相位誤差，不需要增加任何的光柵條紋，測量效率大大提高。

技術領域

本發明屬于光柵投影三維測量技術領域，具體涉及一種相位誤差的自校正方法，用于相移輪廓術中的光柵條紋非正弦性所致的相位誤差的自校正。

背景技術

相移法解相位精度高，對環境和噪聲不敏感，但至少需要三幅及其以上的條紋，因此，廣泛應用于靜態物體的三維測量中。雖然相移法具有良好的測量精度和穩健性，仍可能存在一些誤差源：譬如相移機構的相移誤差、光柵圖像的隨機噪聲和光柵圖像的非正弦化等問題，都可能導致相位誤差的產生。(a)相移機構的相移誤差是由于相移步距的不相等所致，在機械式的相移裝置中是不可避免的，但是使用數字投影儀進行光柵投影，可以利用計算機準確的生成相移圖像并投影，該誤差基本可以忽略。(b)相移算法對隨機噪音具有較好的抑制作用，且相位計算前可以通過高斯濾波等對圖像預處理，從而較好地解決了該問題，因此也不考慮該誤差源；(c)光柵投影三維測量系統中的數字投影儀和CCD相機一般為非線性設備，設計好的具有正弦分布的光柵條紋圖案數字投影儀投影以及CCD相機采集后，得到的光柵條紋圖不具有良好的正弦性，從而導致相位誤差。雖然通過投影和采集較大數量的光柵條紋圖案，譬如二十步相移法，可以削弱以至消除該測量誤差，但測量效率明顯降低。而且三步、四步和五步相移算法具有各自的優點，因此研究三步、四步和五步相移法中的由光柵條紋圖非正弦性引起的相位誤差具有重要意義。

Huang等提出的雙三步相移算法，可以大大減小相位誤差。在該算法中，通過投影兩組相位差為60°的三步相移光柵條紋，得到兩組包裹相位，其中一組是初始包裹相位，另一組是附加包裹相位。然后將兩組包裹相位展開。最后，將這兩組展開相位相融合，得到最終的融合展開相位。實驗結果表明，該算法能大大降低相位誤差。雙三步相移算法直接融合兩個最終展開相位，得到組合展開相位，但相位展開算法往往比較復雜，因此計算時間也相應增加。針對這一問題，Zheng等改進了雙三步相移算法，提出了一種將兩個包裹相位融合得到融合包裹相位的方法，從而只需要展開一個融合包裹相位，因此過程更簡單、更有效。同時，對雙四步和雙五步移相法進行了理論分析和實驗驗證，結果表明雙四步和雙五步相移算法具有較好的解相位精度。

雙三步、雙四步和雙五步相移算法可以有效地減小由于光柵條紋的非正弦特性引起的相位誤差，但是光柵條紋圖像的數量必須加倍，從而導致測量效率的降低。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種相位誤差的自校正方法，解決現有技術中的投影條紋需要加倍、測量效率降低的問題，降低由光柵條紋非正弦性所引起的相位誤差，不需要增加任何的光柵條紋，測量效率大大提高。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種相位誤差的自校正方法，包括以下步驟：

步驟1，周期P_T的計算

將兩個相鄰的WPJP之間的像素數定義為包裹相位的周期P_T，如果光柵投影測量系統中的數字投影儀和CCD像機固定，且測量系統與測量對象之間的距離也固定，則周期P_T僅與光柵條紋的周期有關，計算周期P_T最合理的方法是計算整個變形包裹相位的周期P_T平均值；

步驟2，改進的組合包裹相位的計算