[發(fā)明專利]一種基于新型2D復(fù)小波的三維面形測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110316058.7
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113074668B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳文靜;韓夢奇;蘇顯渝;劉元坤;張啟燦;曹益平;向立群;申俊飛;薛俊鵬;王亞軍
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發(fā)明公開了一種基于新型2D復(fù)小波的三維面形測量方法，利用單邊剖面分布具有非對稱特點的2D實墨西哥帽小波和單象限符號函數(shù)從頻域來構(gòu)造的具有單邊帶、非對稱和方向選擇的2D復(fù)小波，并將其用于結(jié)構(gòu)光三維面形測量。相比于傳統(tǒng)的基于2D實墨西哥帽小波的小波變換輪廓術(shù)，該新型2D小波用于三維面形測量時，無需對條紋進行Hilbert變換預(yù)處理，構(gòu)造的單邊帶小波的方向性能提高小波匹配局部條紋的能力和抑制噪聲的能力，可以提高測量的精度。模擬和實驗均證明了構(gòu)造的2D復(fù)小波能實現(xiàn)更好的三維面形重建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測繪領(lǐng)域，具體涉及一種基于新型2D復(fù)小波的三維面形測量方法。

背景技術(shù)

條紋投影輪廓術(shù)在諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中傅里葉變換輪廓術(shù)^[3-5]、窗口傅里葉變換輪廓術(shù)，小波變換輪廓術(shù)和相移測量輪廓術(shù)等是目前常用的結(jié)構(gòu)光投影三維測量方法。在完成測量系統(tǒng)標(biāo)定后，相移測量輪廓術(shù)至少需要三幀條紋圖來重建被測物體的三維面形信息，測量精度高，但通常不適合動態(tài)過程測量。傅里葉變換輪廓術(shù)可用于非復(fù)雜面形和精度適中的三維面形檢測。由于只需采集一幀條紋圖，測量速度快，適用于實時、動態(tài)過程測量。具有多分辨率分析能力的連續(xù)小波變換輪廓術(shù)，利用對基小波函數(shù)的平移、伸縮，甚至旋轉(zhuǎn)來得到的一系列時(空)—頻分辨率不同的子小波，可以利用單幀變形條紋圖快速得到物體的三維(3D)面形。小波變換輪廓術(shù)中，常用的一維(1D)復(fù)小波是1D復(fù)Morlet小波、1D復(fù)高斯小波和1D實墨西哥帽小波，常用的2D小波有2D復(fù)高斯小波、Fan小波和2D實墨西哥帽小波^{[10-16，23,24]}。由于2D小波具有更好的抑噪能力，通常情況下，2D小波變換輪廓術(shù)比1D小波變換輪廓術(shù)具有更高的重建精度。

小波變換輪廓術(shù)的核心是從小波“脊”處提取條紋的瞬時相位。小波“脊”計算的準(zhǔn)確性，決定了小波變換輪廓術(shù)的測量精度。由于被測物體的相位信息攜帶在條紋的任意一個基頻分量中，所以理論上，用于計算小波“脊”的小波需要具有單邊帶特點，否則需要對條紋圖進行預(yù)處理。

從信號調(diào)制的角度看，被測物體可以看做是一個隨機分布。變形條紋是由隨機函數(shù)描述的被測物體對投影的結(jié)構(gòu)光的調(diào)制。變形條紋中對應(yīng)物面變形大的各個局部區(qū)域的頻譜通常是相對于局部中心頻率非對稱分布的。在頻域中具有單頻帶特性、包絡(luò)平滑且非對稱分布的小波可以更好的匹配局部變形條紋，從中提取出更可靠的相位信息。1D實墨西哥帽小波的頻譜具有正負(fù)兩個頻段，單個頻段分布平滑且非對稱；2D實墨西哥帽小波在頻譜域呈環(huán)狀分布，但每個象限，它們的頻率分布的剖面平滑且非對稱分布。用于小波變換輪廓術(shù)時，在非強噪聲情況下，通常墨西哥帽小波的重建結(jié)果優(yōu)于1D復(fù)Morlet小波、高斯小波和Fan小波。并且2D實墨西哥帽小波比1D實墨西哥帽小波具有更好面形重建效果。但實墨西哥帽小波的頻譜包含正負(fù)頻率，用于三維面形重建時，需要預(yù)先對條紋圖進行Hilbert變換構(gòu)成復(fù)解析信號，再進行小波變換計算小波“脊”處系數(shù)，從中獲得條紋中攜帶的被測物體的高度信息。此外，2D實墨西哥帽小波是旋轉(zhuǎn)不變的，用于小波變換輪廓術(shù)時，小波的旋轉(zhuǎn)操作不會帶來相位計算精度的提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種基于新型2D復(fù)小波的三維面形測量方法。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于新型2D復(fù)小波的三維面形測量方法，包括如下步驟：

S1、對被測物體表面進行正弦結(jié)構(gòu)光場投影，獲取被測物體面形的變形條紋；

S2、計算所述S1中變形條紋的傅立葉變換譜，利用新型2D復(fù)小波頻譜函數(shù)對所述變形條紋的傅里葉變換圖譜進行處理，得到變形條紋每個位置處的小波變換系數(shù)；

S3、根據(jù)小波變換系數(shù)計算脊處小波系數(shù)；

S4、利用所述S3中的脊處小波系數(shù)計算變形條紋的截斷相位，并對截斷相位圖進行展開得到連續(xù)的相位信息；