[發(fā)明專利]一種基于DLP投影的光柵三維掃描儀莫爾條紋消除方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010082526.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN111156928B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃文超;龔靜;劉改
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢玄景科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 武漢天領(lǐng)眾智專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42300
• 代理人: 劉點(diǎn)

本發(fā)明提供一種基于DLP投影的光柵三維掃描儀莫爾條紋消除方法，包括采集標(biāo)準(zhǔn)平面多頻多步相移影像得到標(biāo)準(zhǔn)平面絕對(duì)相位圖；根據(jù)絕對(duì)相位圖去除平面效應(yīng)得到去平面效應(yīng)的絕對(duì)相位圖；根據(jù)去平面效應(yīng)的絕對(duì)相位圖去除畸變效應(yīng)得到去畸變效應(yīng)的絕對(duì)相位圖；對(duì)絕對(duì)相位圖和去畸變效應(yīng)的絕對(duì)相位圖進(jìn)行參數(shù)空間變換得到相位值?相位誤差圖；根據(jù)相位值?相位誤差圖得到相位值?相位誤差映射表；采集測(cè)量物體的多頻多步相移影像，根據(jù)相位值?相位誤差映射表進(jìn)行絕對(duì)相位圖修正后再進(jìn)行測(cè)量物體的三維重建。本發(fā)明可在保證重建精度和重建細(xì)節(jié)的條件下，針對(duì)DLP投影的光柵三維掃描中存在的莫爾條紋進(jìn)行消除，提高基于DLP投影的光柵三維掃描儀的測(cè)量效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DLP投影的光柵三維掃描儀莫爾條紋消除方法。

背景技術(shù)

數(shù)字光處理(Digital?Light?Processing,DLP)，先把影像信號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。DLP應(yīng)用了TI(美國(guó)德州儀器)公司開發(fā)的數(shù)字微鏡晶片(DigitalMicroMirror?Device,DMD)作為主要關(guān)鍵處理元件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過程。DMD是數(shù)字式光開關(guān),有許多邊長(zhǎng)為16μm的小正方形反射鏡構(gòu)成,每一個(gè)小反射鏡代表投影圖像的一個(gè)像素,如圖1所示,DLP的主要特點(diǎn)是可以產(chǎn)生高亮度、高分辨率和高清晰度的數(shù)字視頻圖像。利用DMD的可編程性,經(jīng)DLP投影出的圖像可以根據(jù)需要,由計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)生,這在光柵三維測(cè)量中極其有用：將所需的幾幀有一定位相差的相移光柵利用計(jì)算機(jī)軟件預(yù)先產(chǎn)生,然后按照相移順序由DLP依次投影到物體上實(shí)現(xiàn)相移。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中由于DLP是以像素方式投射圖像,投影光柵圖像時(shí)投射出的光柵在一個(gè)周期內(nèi)含有一定灰度級(jí)別,每一灰度級(jí)別對(duì)應(yīng)DLP中的一個(gè)像素,每一像素都存在一定的寬度,這是由于DMD中小反射鏡的尺寸引起的。電荷耦合器件(Charge-CoupledDevice,CCD)采集變形光柵圖像時(shí),如果DLP和CCD圖像傳感器的空間采樣頻率存在較小頻差時(shí)，CCD獲得圖像將出現(xiàn)調(diào)制紋，這些調(diào)制紋就是莫爾條紋，如圖2所示為基于DLP投影的光柵三維掃描儀采集到的影像存在莫爾條紋示意圖。莫爾條紋產(chǎn)生的相位誤差對(duì)光柵三維測(cè)量精度有比較大的影響。

為了減少莫爾效應(yīng)對(duì)光柵三維測(cè)量精度的影響，一種方法是確保DLP和CCD圖像傳感器的空間采樣頻率存在較大頻差，然而由于實(shí)際操作中DLP和CCD圖像傳感器受物體和姿態(tài)調(diào)制，同時(shí)較大頻差意味著比較大的分辨率差異，不利于高精度測(cè)量，所以不具有實(shí)際可操作性；另一種方法是采用離焦投影的方法，抑止投影光場(chǎng)中由于DLP抽樣產(chǎn)生的高頻分量，減少莫爾干擾紋，然而此種方法同時(shí)也抑制了相移光柵的高頻分量，降低了測(cè)量細(xì)節(jié)和精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)DLP投影的光柵三維掃描中存在的莫爾條紋現(xiàn)象，提供一種不損失精度和細(xì)節(jié)的莫爾條紋消除方法，其過程包括以下步驟：

步驟1，采集標(biāo)準(zhǔn)平面多頻多步相移影像，利用每個(gè)頻率的多步相移影像得到每個(gè)頻率的主相位圖，結(jié)合所有頻率的主相位圖得到每個(gè)頻率的整周期相位圖，每個(gè)頻率的整周期相位圖疊加主相位圖得到每個(gè)頻率的絕對(duì)相位圖；

步驟2，對(duì)每個(gè)頻率的絕對(duì)相位圖進(jìn)行平面擬合得到平面擬合相位圖，每個(gè)頻率的絕對(duì)相位圖減去平面擬合相位圖得到每個(gè)頻率去除平面效應(yīng)的絕對(duì)相位圖；

步驟3，對(duì)每個(gè)頻率去除平面效應(yīng)的絕對(duì)相位圖進(jìn)行三次曲面擬合得到曲面擬合相位圖，每個(gè)頻率去除平面效應(yīng)的絕對(duì)相位圖減去曲面擬合相位圖得到每個(gè)頻率去除畸變效應(yīng)的絕對(duì)相位圖；

步驟4，分別對(duì)每個(gè)頻率以絕對(duì)相位值作為X軸，去除畸變效應(yīng)的絕對(duì)相位值作為Y軸進(jìn)行參數(shù)空間的變換，逐像素將相位圖上的每個(gè)點(diǎn)都投影到定義的參數(shù)空間中，得到相位值-相位誤差圖；

步驟5，根據(jù)每個(gè)頻率的相位值-相位誤差圖進(jìn)行相位值分段得到分段的相位值-相位誤差集合，將分段的相位值-相位誤差集合剔除相位誤差粗差后求平均值，將分段序號(hào)作為鍵、相位誤差平均值作為值構(gòu)建相位值-相位誤差映射表；