[发明专利]基于复合彩色条纹投影的绝对相位测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维信息获取技术，具体为一种基于复合彩色条纹投影的绝对相位测量方法。

背景技术

本发明涉及三维信息检测技术，包括二进制条纹和正弦条纹的编码及投影技术。已有的彩色条纹投影技术或者无法测量大梯度、非连续等复杂表面形状物体的三维形貌，或者由于所调制的正弦条纹具有较低的灰度等级而无法得到高精度的相位数据，从而最终无法得到高精度的三维形状数据。在申请人检索的范围内，可以见到以下相关文献信息：

1.G.Sansoni，M.Carocci，and R.Rodella，“基于组合灰度编码和相移光投影的三维视觉：系统误差的分析和补偿”(Three-Dimensional Vision Based on aCombination of Gray-Code and Phase-Shift Light Projection：Analysis andCompensation of the Systematic Errors，Appl.Opt.38，6565-6573(1999))，提出了一种结合二进制编码和正弦条纹投影的相位测量技术，并详细分析了其系统误差及其补偿方法，指出二进制条纹决定正弦条纹的绝对级次；正弦条纹给出高精度相位信息。但该种方法需要顺次投影多幅条纹图像到待测物体的表面，同时测量结果受物体表面彩色纹理的影响较大，数据精度不高。

2.H.O.Saldner，and J.M.Huntley，“时域相位展开：适用于非连续表面物体的轮廓测量术”(Temporal phase unwrapping：application to surface profiling ofdiscontinuous objects，Appl.Opt.36，2770-2775(1997))，提出了一种时域相位展开算法用于测量非连续物体表面的三维形貌信息的方法。它通过投影条纹个数是几何级数的相移正弦条纹图到物体表面来获取信息，但由于需投影几何序列条纹个数的正弦条纹，而对每个条纹数的正弦条纹又要投影多幅相移的图像，因此需要投影的条纹个数更多，相应的测量时间也较长，不利于实际应用。

3.P.S.Huang，Q.Y.Hu，F.Jin，and F.P.Chiang，“适用于高速三维表面轮廓测量的彩色编码数字条纹投影术”(Color-encoded digital fringe projection techniquefor high-speed three-dimensional surface contouring，Opt.Eng.38，1065-1071(1999))，提出了一种快速测量物体三维形貌的方法。该方法通过调制彼此间有120度相位移动的三个正弦直条纹到彩色CCD数字相机和DLP数字投影仪的红、绿、蓝三颜色通道中来获得物体的三维形貌信息，但该方法的三步相移法对噪声非常敏感，颜色通道间的干扰会改变条纹的正弦特性，因此获得的相位(三维形貌数据)不精确。另外，该方法所获取的相位是折叠的，需进行空间相位展开，故无法实现对非连续、大梯度物体的三维形状的测量。

4.O.A.Skydan，M.J.Lalor，and D.R.Burton，“基于彩色结构光的相位测量和表面重构技术”(Technique for phase measurement and surface reconstruction byuse colored structured lightAppl.Opt.41，6104-6117(2002))，研究了如何解决测量过程中的阴影和非连续问题。它利用了三个不同的DLP数字投影仪从不同视角投影不同颜色的光栅条纹到被测物体的表面来获取数据。很明显，该方法采用多个投影仪，增加了整个系统的复杂性和成本。同时，该方法通过傅立叶变换技术无法正确得到在大梯度、非连续物体部位的折叠相位。