[發明專利]基于模擬退火算法的實時相位測量輪廓術

有效

• 申請號: 201910472262.0
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110375672B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 彭曠;戴銘酉;羅子涵;趙江;劉泱杰;王文峰;萬美琳
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B11/24;G06K9/62;G06N3/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;王亞萍

本發明公開了一種基于模擬退火算法的實時相位測量輪廓術，將條紋圖投影到在參考平面運動的被測物體上，采集多幀變形條紋圖，通過模擬退火算法進行像素匹配得近似區域條紋圖，以近似區域條紋圖的中心點為基準圈定運動區域，在所述運動區域內進行像素匹配得到最優區域條紋圖，根據所述最優區域條紋圖計算被測物體高度調制的相位信息及相位變化，根據相位和高度的對應關系確定被測物體的三維物體表面面形高度分布。本發明利用模擬退火算法計算量小和較為精確的特點，得到一個較為精確的全局最優解，加以遍歷其領域，省去了傳統方法中遍歷整個匹配區域的過程，減小了像素匹配所需要的計算量，在保證精度的前提下，提升了實時相位測量輪廓術的效率。

技術領域

本發明屬于物體三維測量技術領域，具體涉及一種基于模擬退火算法的實時相位測量輪廓術。

背景技術

隨著制造業，醫學影像，虛擬現實，計算機圖形學的發展，使用具有相移的多個條紋圖案算法獲得準確和高分辨率的三維輪廓的相位測量輪廓術越來越受到關注。實時相位測量輪廓術(PMP)由于有采集數據量大、精度高、非接觸等特點，通過投影和采集多幀條紋圖即可恢復出被測物體的三維面型，是光學三維測量手段中被廣泛研究和使用的一種方法。

由于工業的發展和應用場合的增多，測量三維形貌的需求日益旺盛，測量的對象也從靜態物體延伸至動態物體，根據動態物體的運動特點，可分為在線三維測量和實時三維測量。在線三維測量主要針對于流水線上在一條直線上運動的物體，對測量的外界條件要求較高，實時三維測量可視為各個時刻在對不同的物體進行測量，由于實時測量不要求物體運動在一條直線上，因而適用面更廣，是對動態物體進行三維測量的發展方向。目前實時測量采用投影儀投影、CCD采集圖像后，匹配像素時需要遍歷采集的整個圖像，才能使所采集到的多幀變形條紋圖中被測物體的變化小于一個像素點，從而實時恢復出被測物體的面型，這種整體遍歷的匹配過程復雜，處理效率低，對設備性能要求較高。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述背景技術存在的不足，提供一種方法簡單、效率高的基于模擬退火算法的實時相位測量輪廓術。

本發明采用的技術方案是：一種基于模擬退火算法的實時相位測量輪廓術，將條紋圖投影到在參考平面運動的被測物體上，采集多幀變形條紋圖，通過模擬退火算法進行像素匹配得到各幀變形條紋圖中與被測物體上某一點的像素一一對應的近似區域條紋圖，以近似區域條紋圖的中心點為基準圈定一個區域作為運動區域，在所述運動區域內進行像素匹配得到各幀變形條紋圖中與被測物體上某一點的像素一一對應的最優區域條紋圖，根據所述最優區域條紋圖計算被測物體高度調制的相位信息及被測物體高度引起的相位變化，根據相位和高度的對應關系確定被測物體的三維物體表面面形高度分布。

進一步地，所述通過模擬退火算法進行像素匹配的過程為：選定匹配模板，在每一幀圖像中隨機選取能夠與所述匹配模板進行相關度計算的匹配區域，比較對應匹配區域相關度的大小，以保留較大相關度所對應的匹配區域、同時以一定的概率接受較小相關度所對應的匹配區域為基準選取區域條紋圖，重復選取區域條紋圖的過程，直至滿足終止條件，即可獲得變形條紋圖中與被測物體上的某一點的像素對應的近似區域條紋圖。

進一步地，所述通過模擬退火算法進行像素匹配的過程包括如下步驟

步驟1：設定初始參數、終止參數，以采集的第一幀變形條紋圖為基準選取匹配模板；

步驟2：在其中一幀變形條紋圖中隨機選取能夠與所述匹配模板進行相關度計算的一區域作為當前區域，計算當前區域與匹配模板之間的第一相關度；

步驟3：在同一幀變形條紋圖中隨機選取能夠與所述匹配模板進行相關度計算的另一區域作為下一區域，計算下一區域與匹配模板之間的第二相關度，比較第一相關度與第二相關度大小；

步驟4：當第二相關度大于等于第一相關度時，以下一區域作為新的當前區域，同時以新的當前區域對應的相關度作為新的第一相關度，繼續步驟6；