[发明专利]一种应用于多频率三维测量的全局相位解相方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于多频率三维测量的全局相位解相方法，更具体的说，本发明涉及一种能够用于高精度三维测量的从多个频率中获取被测物体全局相位的解相方法。

背景技术

光学三维测量方法已广泛应用于工业检测、逆向工程、人体扫描、文物保护、服装鞋帽等多个领域，对自由曲面的检测具有速度快、精度高的优势。按照成像照明方式的不同，光学三维测量技术可分为被动三维测量和主动三维测量两大类。在主动三维测量技术中，结构光三维测量技术发展最为迅速，尤其是相位测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry，PMP)，也被称为相移测量轮廓术(Phase Shifting Profilometry，PSP)，是目前三维测量产品中常用的测量方法。相位测量方法是向被测物体上投射固定周期的按照三角函数(正弦或者余弦)规律变化的光亮度图像，此光亮度图像经过大于3步的均匀相移，最好为4-6步均匀相移，向物体投射4-6次光亮度图像，最终完成一个周期的相位移动。物体上面的每个点，经过相移图像的投射后，在图像中会分别获得几个不同的亮度值。此亮度值经过解相运算，会获得唯一的相位值。由于目前采集到的图像的幅面较大，为了提高相位精度，需要向被测物体投射多个周期的相位图，因此，在一副图像中，相同相位值会出现多次。为了在图像中获得唯一的相位值，格雷码方法是常用的辅助解相方法。目前出现的三维测量产品，普遍采用格雷码加相移的光学投射方法，如德国GOM公司的Atos-I型结构光三维测量系统、德国Steinbichler公司的COMMET系列结构光三维测量系统、德国Breuckmann公司的optoTOP系列结构光三维测量系统、北京天远三维科技有限公司的OKIO-II型三维扫描仪、上海数造科技有限公司的3DSS综合型三维扫描仪、天津世纪动力光电科学仪器有限公司的CPOS三维扫描仪等。由于格雷码的编码方法主要靠图像的二值化来进行编码，因此对于物体表面颜色变化较多的情况，一般需要喷涂显影剂才能实现较好的测量效果。为了解决无法喷涂显影剂的三维测量难题，本发明基于多频率的光学投射方法，设计了一种新的基于多频率的全局相位解相方法。

发明内容

本发明提供一种基于多频率的全局相位解相方法，该方法能够应用于高精度三维测量中，可以弥补格雷码解相方式存在的缺陷。

所述的基于多频率的全局相位解相方法的硬件系统包括：

用于投射多种频率光信号的光源投射装置，光源投射装置的分辨率为L_R×L_C；

用于精度控制、图像采集和数据处理的计算机；

用于采集图像的彩色摄像机，图像分辨率为C_R×C_C，相机个数为1-2个；

用于放置所述的光源和所述的摄像机的扫描平台；

本发明所设计的全局相位解相方法，对于图像中每一个点(x，y)的全局相位值的计算过程，步骤如下：

步骤1：选取合适的P₁、P₂和P₃的值，P₁、P₂和P₃的取值均在0-L_R之间，并且P₁和P₂的合成周期P₁₂以及P₂和P_3的合成周期P₂₃，以及P₁₂和P₂₃的合成周期P₁₂₃，经过公式(1)的运算后，满足P₁₂₃≥L_R；