[發明專利]一種基于相位信息導向的立體相位展開方法

有效

• 申請號: 202010982859.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112212806B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 尹維;左超;陳錢;馮世杰;孫佳嵩;胡巖;陶天陽
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

1.一種基于相位信息導向的立體相位展開方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：通過雙目相機采集一組三步相移條紋圖；

步驟2：通過最小二乘法計算三步相移條紋圖像獲得包裹相位圖；

步驟3：根據包裹相位圖與雙目相機和投影儀之間的標定參數構建關于候選級次的三維匹配代價空間，，具體步驟為：

根據從左相機處獲得的包裹相位圖φ^l(x,y)，構建三維的絕對相位空間Φ^l(n,x,y)，具體為：

Φ^l(n,x,y)＝φ^l(x,y)+2πn,n＝0,1,2,3,...,N-1

根據絕對相位得到投影儀平面上的水平坐標，具體為：

其中，x^P(n,x,y)為投影儀平面上的水平坐標，W為投影儀的橫向分辨率；

通過系統標定獲得相機和投影儀之間的參數，結合投影儀平面上的水平坐標x^P(n,x,y)得到在右相機平面上的坐標(x^R(n,x,y),y^R(n,x,y))；

構建關于候選級次的三維匹配代價空間Cost_Order(n,x,y)，具體如下式：

Cost_Order(n,x,y)＝Cost(x,y,x^R(n,x,y),y^R(n,x,y))；

步驟4：通過ZNCC計算包裹相位圖獲得初始匹配代價值，具體如下式：

其中，φ^l(x,y)和φ^r(x^R,y^R)為左右兩個相機獲得的包裹相位圖，和為對應的局部窗口的包裹相位均值，Cost(x,y,x^R,y^R)為初始匹配代價值，M為局部窗口的窗口半徑；

步驟5：通過基于窗口的雙邊成本濾波方法獲得最終的匹配代價值，通過WTA計算出相位級次圖從而獲得絕對相位圖，實現立體相位展開，獲得的最終的匹配代價值具體如下式：

式中，

Δφ(i,j,x,y)＝|φ(x,y)-φ(x+i,y+j)|

其中，ω(i,j,x,y)，ω₁(i,j,x,y)，ω₂(i,j,x,y)為濾波的權重值，Δφ(i,j,x,y)為相位的差異值，M為濾波的窗口半徑，σ₁和σ₂為權重的參數閾值。

2.根據權利要求1所述的基于相位信息導向的立體相位展開方法，其特征在于，步驟1中采集的三步相移條紋圖像分別為：

I₁(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[Φ(x,y)]

I₂(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[Φ(x,y)+2π/3]

I₃(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[Φ(x,y)+4π/3]

其中，I₁(x,y)，I₂(x,y)，I₃(x,y)為對應的三步相移條紋圖像光強，(x,y)為相機平面的像素坐標，A(x,y)為背景光強，B(x,y)為條紋的調制度，Φ(x,y)為待求相位。

3.根據權利要求1所述的基于相位信息導向的立體相位展開方法，其特征在于，步驟2中通過最小二乘法獲得的包裹相位具體為：

式中，I₁(x,y)，I₂(x,y)，I₃(x,y)為三步相移條紋圖像光強。

4.根據權利要求1所述的基于相位信息導向的立體相位展開方法，其特征在于，通過WTA計算得到的相位級次圖具體如下式：

式中，為最終的匹配代價值。

5.根據權利要求4所述的基于相位信息導向的立體相位展開方法，其特征在于，獲得的絕對相位圖為：

Φ(x,y)＝φ(x,y)+2πk(x,y)

式中，φ(x,y)為包裹相位。