[發(fā)明專利]格雷碼與相移非等周期組合測量中周期跳變誤差消除方法

有效

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• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113091649B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于雙;吳爽;樊琪;弓婷;趙煙橋;吳海濱;孫曉明;于曉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/60
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本發(fā)明格雷碼與相移非等周期組合測量中周期跳變誤差消除方法屬于結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)領(lǐng)域；該方法包括以下步驟：根據(jù)格雷碼與相移非等周期組合方法獲得高頻絕對模擬碼；通過高頻絕對模擬碼和由相移法得到的低頻包裹模擬碼直接計算低頻模擬碼序號；計算低頻絕對模擬碼；利用高頻絕對模擬碼和低頻絕對模擬碼的差值計算校正系數(shù)；計算校正后的高頻絕對模擬碼；本發(fā)明方法同對格雷碼容錯能力最優(yōu)的《一種可靠的絕對模擬碼檢索方法》相比，消除周期跳變誤差能力相同，但是投射圖案的數(shù)量更少，因此測量效率得到了提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明格雷碼與相移非等周期組合測量中周期跳變誤差消除方法屬于結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)是一種非接觸式的三維測量技術(shù)，在工業(yè)檢測、文物重建、虛擬現(xiàn)實和生物醫(yī)學(xué)工程等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其中基于數(shù)字條紋投影的結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)具有高準(zhǔn)確度、高效率、高分辨率等優(yōu)點，成為結(jié)構(gòu)光三維測量的一個熱門研究方向。典型的條紋分析方法包括：傅里葉變換、小波分析和相移法。其中，傅里葉變換和小波變換受帶通濾波器的限制，很難測量變化劇烈、反射率不均勻的復(fù)雜對象；相移法根據(jù)捕獲圖像的每個像素點中隨時間變化的強度值進行獨立計算，對反射率的變化不敏感，適合測量表面變化劇烈的復(fù)雜對象。由于條紋分析方法利用反正切函數(shù)只能獲得不連續(xù)的包裹模擬碼，因此需要對包裹模擬碼進行展開得到連續(xù)的絕對模擬碼。

模擬碼展開方法有空間模擬碼展開和時間模擬碼展開兩種。空間模擬碼展開僅依賴于鄰域像素的包裹模擬碼來消除模擬碼的不連續(xù)，魯棒性差，僅適用于表面光滑且連續(xù)的獨立對象；時間模擬碼展開在時間上逐像素地進行無誤差累積的模擬碼展開，可以同時測量多個表面不連續(xù)或陡峭的復(fù)雜對象。時間模擬碼展開方法主要包括分層法、外差法、數(shù)論法和格雷碼法。前三種方法對隨機噪聲敏感，當(dāng)兩個頻率的條紋周期差超過一定范圍時，展開結(jié)果中會產(chǎn)生整數(shù)倍條紋周期的跳變誤差，稱為周期跳變誤差。格雷碼法具有高魯棒性和高抗干擾能力，是一種可靠的模擬碼展開方法。因此，格雷碼光與相移技術(shù)相組合進行視覺三維測量成為結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究熱點。但由于噪聲等因素的影響，會導(dǎo)致格雷碼圖像的黑白邊界存在一個過渡區(qū)域，不理想因素也會導(dǎo)致所余弦相移條紋圖像變形，最終導(dǎo)致展開結(jié)果中產(chǎn)生周期跳變誤差。

為了消除周期跳變誤差，國內(nèi)外學(xué)者提出了一些措施，并取得了良好效果，例如：

文章《Unequal-period combination approach of gray code and phase-shifting for 3-D visual measurement》提出了一種格雷碼與相移非等周期組合方法，設(shè)計格雷碼周期為正弦條紋周期的一半，并將格雷碼圖案左移1/4個條紋周期，保證格雷碼跳變點與模擬碼跳變點不重合，在其適用條件下可以避免周期跳變誤差的產(chǎn)生。

文章《3D measurement using combined Gray code and dual-frequencyphase-shifting approach》和專利《一種雙頻相移與格雷碼組合方法》(201710061098.5)提出了一種格雷碼與雙頻相移組合方法，該方法使用一組格雷碼和余弦條紋等周期組合圖案以及一組低頻相移條紋圖案來進行測量，在其適用條件下可以消除周期跳變誤差，該方法的適用條件與前一種方法相比，在格雷碼的容錯能力和格雷碼的容錯范圍兩方面具有提高。

上述兩種方法在抑制或消除周期跳變誤差方面均取得了良好效果，但在實際應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)，在被測表面高度變化劇烈或噪聲污染較嚴(yán)重的苛刻條件下，仍然會有周期跳變誤差產(chǎn)生，可見，格雷碼容錯能力尚需進一步提高。