[發明專利]一種光柵投影三維測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202011265368.2
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112361992B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 李杰;李春龍;范華;白雪;劉永琪
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B11/00
• 代理公司: 濟南格源知識產權代理有限公司 37306
• 代理人: 韓洪淼

本發明公開一種光柵投影三維測量方法及裝置，采集兩幅經待測物體調制的變形光柵圖，兩幅變形光柵圖之間具有一定相移值；基于兩幅變形光柵圖的光強度，利用廣義相移算法獲得主值相位；基于主值相位獲得待測物體三維形貌。本發明基于兩幅變形光柵圖的光強度，利用廣義相移算法獲得主值相位，再由主值相位獲得物體三維形貌，整個過程只需記錄兩幅變形光柵圖即可，且光柵圖之間的相移值可以是任意未知量，降低了對儀器精度及環境的要求，基于該技術構建的三維測量系統測量效率高、應用范圍廣和儀器成本低。

技術領域

本發明涉及光柵投影三維測量領域，具體涉及一種光柵投影三維測量方法及裝置。

背景技術

光柵投影相位測量三維輪廓技術通過連續投射多幅相移光柵圖，并拍攝經被測物體表面調制而發生變形的光柵圖，根據有一定相位差的多幅變形光柵條紋圖像，通過相移算法計算圖像中每個像素的相位值，然后經過解包裹和系統標定，最終計算出物體表面三維輪廓信息。光柵投影相位測量輪廓技術具有非接觸、全場測量、高分辨率和快速處理等優點，被廣泛應用于自動化生產、逆向設計、機器視覺、虛擬現實、醫學影像診斷等領域。

目前光柵投影相位測量三維輪廓技術，需要記錄至少三幅變形條紋圖，為了減小誤差一般情況下需要記錄四幅以上，且相鄰條紋圖之間的相移值必須相等，在測量過程中必須使物體保持靜止，因此限制了測量儀的測量效率和應用范圍。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種光柵投影三維測量方法及裝置，使測量儀需要記錄的光柵圖由四幅減少到兩幅，并且相鄰光柵圖之間的相移量可以是任意值，提高了測量儀的測量效率和應用范圍。

本發明的技術方案為：一種光柵投影三維測量方法，包括以下步驟：

采集兩幅經待測物體調制的變形光柵圖，兩幅變形光柵圖之間具有一定相移值；

基于兩幅變形光柵圖的光強度，利用廣義相移算法獲得主值相位；

基于主值相位獲得待測物體三維形貌。

進一步地，基于兩幅變形光柵圖的光強度，利用廣義相移算法獲得主值相位，具體包括：

兩幅變形光柵圖的光強度表達式為：

其中，I_u(x，y)表示坐標(x，y)像素點的光強度值，u＝1、2，a(x，y)表示背景強度，b(x，y)為調制系數，f₀為光柵頻率，表示經待測物體表面面形調制的相位分布，α為兩幅變形光柵圖之間的相移值；

2)根據公式(1)和(2)，推算出背景強度a(x，y)和相位的表達式，以下將a(x，y)簡寫為a，簡寫為b(x，y)簡寫為b，I₁(x，y)簡寫為I₁，I₂(x，y)簡寫為I₂：

3)將公式(2)改寫為：

其中，c＝b cosα，d＝b sinα；

4)根據公式(1)、(3)、(4)和(5)，利用最小二乘法計算出c和d，最小二乘法計算式為：

其中，M表示像素行數，N表示像素列數，求和號∑表示對變形光柵圖中所有像素求和；

5)計算相移值α＝tan^-1(d/c)；

6)計算調制系數

7)將所計算相移值α和調制系數b代入公式(2)，計算出主值相位