[發(fā)明專利]像點(diǎn)溯源的物體光柵圖像相移法相位測量誤差校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910363567.8
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110230994B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何再興;趙昕玥;李沛隆
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種像點(diǎn)溯源的物體光柵圖像相移法相位測量誤差校正方法。在相移法形貌測量中，表面高度信息由相位信息進(jìn)行表征。由于設(shè)備的非線性，經(jīng)由相機(jī)捕獲的圖片所計(jì)算的相位信息中不可避免地存在誤差。首先，通過投影儀投射特殊的光柵投影求解像點(diǎn)溯源映射關(guān)系。然后，逆著光路方向，對位于拍攝圖片中的任一圖片像素，根據(jù)像點(diǎn)溯源映射關(guān)系，確定將其點(diǎn)亮的位于投影儀成像平面中的點(diǎn)光源位置。最后，利用編碼至點(diǎn)光源中的理想相位，替換圖片像素中受干擾的相位信息，實(shí)現(xiàn)相位誤差的校正，提高相移法形貌測量精度。與現(xiàn)有方法相比，本方法便于操作，且效率和精度較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及主動(dòng)式光學(xué)三維形貌測量領(lǐng)域，主要涉及一種像點(diǎn)溯源的物體 光柵圖像相移法相位測量誤差校正方法。

背景技術(shù)

相移法形貌測量技術(shù)具有速度快、精度高、非接觸式等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用 于諸如逆向工程、缺陷檢測、目標(biāo)識別等工業(yè)領(lǐng)域。根據(jù)相移法形貌測量的原 理，高度信息由相位信息的所表征，相位信息編碼于光強(qiáng)中從而通過投影-反射 的方式被相機(jī)捕獲。由于相機(jī)和投影儀均存在誤差，再加之光線傳播過程中的 環(huán)境干擾，由相機(jī)捕獲的光強(qiáng)信息解碼的相位信息不可避免地存在誤差。現(xiàn)有 的相位誤差補(bǔ)償方法主要包括三種，被動(dòng)誤差補(bǔ)償、主動(dòng)誤差補(bǔ)償和反向誤差 補(bǔ)償。

被動(dòng)誤差補(bǔ)償方法利用預(yù)先標(biāo)定的誤差分布信息，對后續(xù)測量中拍攝圖片 中存在的相位誤差進(jìn)行補(bǔ)償。查找表法及其改進(jìn)是典型的被動(dòng)誤差補(bǔ)償，該方 法通過比較輸入投影儀的灰度與相機(jī)捕獲灰度之間差異，對相位誤差進(jìn)行標(biāo)定。 然而，由于相位誤差標(biāo)定的過程復(fù)雜，耗時(shí)多，效率較低，且預(yù)先標(biāo)定的誤差 信息難以補(bǔ)償時(shí)變誤差，方法魯棒性較差。

主動(dòng)誤差補(bǔ)償方法對投影光柵進(jìn)行補(bǔ)償，以補(bǔ)償相機(jī)捕獲的拍攝圖片中存 在的誤差。為確定對投影光柵的補(bǔ)償量，該方法基于特定的誤差模型。由于誤 差模型局限于特定的誤差分布形式，因此，該方法在精度上具有局限性，且方 法魯棒性較差。

反向誤差補(bǔ)償方法顯著提高相位誤差補(bǔ)償方法的效率。該方法的基本思想 為：通過構(gòu)造兩組在拍攝圖片中產(chǎn)生大小相同、方向相反的誤差的光柵投影， 使相位誤差在兩組拍攝圖片中進(jìn)行抵消。然而，實(shí)驗(yàn)研究表明，與被動(dòng)誤差補(bǔ) 償和主動(dòng)誤差補(bǔ)償相比，該方法精度較低。

為避免上述現(xiàn)有誤差補(bǔ)償方法中存在的問題，提高相位誤差校正的精度和 效率，本發(fā)明提出了一種基于像點(diǎn)溯源的相移法形貌測量誤差方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種像點(diǎn)溯源的物體光柵圖像相移法相位測 量誤差校正方法，不同于現(xiàn)有的相位誤差補(bǔ)償方法，本方法逆光路方向，利用 像點(diǎn)溯源映射關(guān)系，使編碼于計(jì)算機(jī)中的、已知的、無誤差的理想相位信息， 得以直接用于校正利用受干擾的拍攝圖片所獲得的、有誤差的求解相位信息， 提高相移法形貌測量精度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟一：將待測物體放置在測量平臺上，投影儀和相機(jī)的鏡頭均朝向待測 物體設(shè)置，投影儀和相機(jī)均連接到計(jì)算機(jī)，設(shè)定第一光柵周期并輸入計(jì)算機(jī)生 成理想相位信息，并采用灰度編碼的方法在計(jì)算機(jī)上編碼得到第一正弦光柵條 紋，根據(jù)N步相移法將正弦光柵條紋進(jìn)行相移得到N幅初始相位不同的數(shù)字相 移圖案，根據(jù)N幅數(shù)字相移圖案中同一位置的圖案像素點(diǎn)的灰度值得到該位置 圖案像素點(diǎn)的理想相位值。

所有圖案像素點(diǎn)的理想相位值的集合稱為理想相位信息。所述理想相位信 息，在圖案像素陣列的一個(gè)方向上，理想相位表現(xiàn)為線性變化，且線性變化的 速率與選擇的光柵周期有關(guān)；在圖案像素陣列的另一個(gè)方向上，理想相位不發(fā) 生變化。理想相位信息被計(jì)算機(jī)記錄為后續(xù)誤差校正提供先驗(yàn)信息。

所述數(shù)字相移圖案，在物理組成形式上，由圖案像素陣列構(gòu)成；圖案像素 陣列中的一個(gè)圖案像素對應(yīng)一個(gè)灰度值；對于N幅數(shù)字相移圖案，圖案像素陣 列中位于同一位置的圖案像素對應(yīng)N個(gè)灰度值，上述N個(gè)灰度值共同編碼一個(gè) 理想相位，所有圖案像素點(diǎn)的理想相位值的集合稱為理想相位信息。