[發明專利]一種基于相位編碼的快速相位解包裹方法

有效

• 申請號: 202010013707.1
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111174730B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 伏燕軍;張鵬飛;韓勇華;桂建楠;江光裕
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 深圳市智旭鼎浩知識產權代理事務所(普通合伙) 44746
• 代理人: 周超

本發明公開了一種基于相位編碼的快速相位解包裹方法，由相移法基本原理、相位編碼方法基本原理和相位解包裹原理三大關鍵部分組成。具體步驟包括：首先利用計算機生成兩幅正弦條紋、兩幅相位編碼條紋圖和一幅空白圖；其次利用一張空白圖生成額外的兩幅正弦條紋圖和兩幅相位編碼條紋圖；然后利用四幅正弦條紋圖求解出包裹相位，利用四幅相位編碼條紋圖求解出條紋級次，繼而得到物體的絕對相位；最后利用相位?高度轉換公式得到物體真實的三維信息。本方法只需五幅圖就能實現物體的三維重建，提高了測量速度，在快速測量領域具有潛在的應用前景和實用價值。

技術領域

本發明涉及一種光學三維測量方法，屬于光電檢測技術領域，具體涉及一種基于相位編碼的快速相位解包裹方法。

背景技術

隨著現代工業與信息技術的快速發展，對物體的三維測量的速度和精度要求越來越高。在眾多獲取物體的三維信息的方法中，光學的三維測量技術廣泛涉及光學成像、計算機技術、光電子信息、圖像處理等各類學科，并具有集其它測量方法的優勢于一體的特點，逐漸成為三維形貌測量領域的趨勢。光學三維測量技術實際上是用二維投影圖像重建三維物體的面形，即從二維投影圖像中獲取信息，進而通過對數字信息的處理得出物體三維空間內的幾何尺寸。其中基于光柵條紋投影的三維測量方法是光學三維測量方法中熱門的測量方法之一，對于獲取三維表面信息具有不可替代的優越性，近年來在實用性和商業性的應用中取得顯著的進展。

通過對國內外研究現狀及發展動向分析研究，傳統的三維測量技術己經發展較為成熟，但多為靜態測量。近年來高速、實時和高精度的三維測量在工業在線檢測、虛擬現實、醫學診斷、物體形變分析等方面都有著廣泛的應用，并且隨著采集設備、投影設備、高速處理器的性能提升，高速、實時和高分辨率的三維測量方法正逐漸成為光學三維測量技術的發展的一個重要方向。因此，如何采用更少的投影條紋幀數來求解待測物絕對相位成為了突破口。傳統測量方法中，通常需要大于等于六幅的條紋圖像，才能實現絕對相位的測量，耗時長，直接影響測量速度。

本發明提出一種基于相位編碼的快速相位解包裹方法，相比于傳統的相位編碼方法，具有較高的測量精度和速度，在快速測量領域中具有潛在的應用前景和實用價值。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種基于相位編碼的快速相位解包裹方法，此方法只需投影兩幀正弦相移條紋圖、兩幀相位編碼條紋圖和一幀空白圖，耗時短，可有效提高測量速度，在快速測量領域中具有潛在的應用前景和實用價值。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種基于相位編碼的快速相位解包裹方法，該方法包括下列步驟：

步驟一、利用計算機生成兩幅正弦條紋圖、兩幅相位編碼條紋圖和一幅空白圖，并使用攝像機拍攝投影到待測物體的五幅圖；

步驟二、利用所述的空白圖生成額外兩幅正弦條紋圖和兩幅相位編碼條紋圖；

步驟三、利用四幅正弦條紋圖得到物體的包裹相位，利用四幅相位編碼條紋圖得到物體的條紋級次，通過計算進而求得待測物體的絕對相位；

步驟四、通過獲得的所述絕對相位，再利用相位-高度轉換公式得到待測物體真實的三維信息。

優選的，所述的步驟一中計算機生成的兩幅正弦條紋圖表示為I₁(x,y)、I₂(x,y)，生成的兩幅相位編碼條紋圖表示為I₃(x,y)、I₄(x,y)且其相移分別為0、π/2，生成的一幅空白圖表示為I₅(x,y)，其五幅圖的光學表達式分別為：

I₅(x,y)＝2A(x,y) (5)