[发明专利]投射多频光栅的物体表面三维轮廓的视觉测量方法

权利要求书

1.投射多频光栅的物体表面三维轮廓的视觉测量方法，其特征在于：通过向物体表面投射三个(或多个)频率的光栅，由安装在投影机两侧的摄像机拍摄被物体表面调制的条纹，采用合成频率的相位展开技术，计算左、右摄像机拍摄图像上的每一点的相位，以相位值和外极线作为约束，实现左、右两幅图像上的点的匹配，进而求出物体表面各点的三维坐标。它包括如下步骤。

(1)计算机生成虚拟光栅，其中包括三组相移光栅，利用投影仪将生成的光栅投射到物体上；

(2)利用两台摄像机采集物体上的条纹图像，并保存在计算机的内存中；

(3)对每一个摄像机拍摄的图像采用合成频率的相位展开技术进行处理，得到图像上每一点的相位值；

在两个摄像机拍摄的图像上，对应在物体表面上同一点的相位值是相等的，因此，可用相位值作为对应点的匹配的依据。

(4)对两个摄像机进行定标，得到摄像机的内部参数和相对于世界坐标的外部参数以及镜头的畸变系数：

(5)根据相位和外极线寻找对应的匹配点，构成对应点对；

(6)由对应点对计算物体表面点的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于投射三个(或多个)频率的光栅，三个光栅的频率之间具有如下特征。

(1)三个光栅都具有较高的频率，使测量的相位具有较高的精度，按照频率从高到低三个光栅的频率分别为f₁、f₂、f₃，相位分别为φ₁(x，y)、φ₂(x，y)、φ₃(x，y)。

(2)光栅频率的关系：f₁-2f₂+f₃≤1。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于采用一种新的相位展开技术。

(1)在计算机中，由光栅1和2合成频率f₁₂(f₁₂＝f₁-f₂)，相位φ₁₂(x，y)

(2)在计算机中，由光栅2和3合成频率f₂₃(f₂₃＝f₂-f₃)，相位φ₂₃(x，y)

(3)在计算机中，由光栅3和1合成频率为、f₁₃(f₁₃＝f₁-f₃)，相位φ₁₃(x，y)

(4)在计算机中，由光栅1、2和3合成等效频率f₁₂₃(f₁₂₃＝f₁-2f₂+f₃)，相位φ₁₂₃(x，y)

(5)合成频率为f₁₂₃的光栅在摄象机的可视范围内只有一个条纹，它的相位不存在2π折叠问题，故₁₂₃(x，y)＝φ₁₂₃(x，y)，它作为其它相位展开的参考；

(6)展开频率f₁₂、f₂₃、f₁₃的相位，以展开f₁₃的相位为例：

(7)再以₃₁(x，y)为参考，展开光栅f₁的相位图

(8)由φ₁(x，y)、φ₂(x，y)、φ₃(x，y)投票或用调制度作为展开相位的可靠性依据，对调制度小于设定阈值的相位进行掩模处理。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于对两个摄像机进行定标，得到摄像机的内部参数即相对于世界坐标的外部参数。

(1)将两台摄像机安装在投影仪两侧，使之对称于投影仪的光轴；

(2)由投影仪向一定距离的平面垂直投射十字光标，调整摄像机的角度，至两个摄像机的中心线与十字光标的竖线重合；

(3)采用张正友的平面定标方法或其它定标方法确定摄像机内、外参数。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于以相位值和外极线作为约束，实现左、右两幅图像上的点的对应匹配。