[发明专利]灰度条纹投影光强非线性校正方法及基于该方法的相位校正方法

说明书

【技术领域】

本发明属于光学三维测量领域，涉及一种对条纹投影三维测量中的投影条纹进行光强非线性校正的方法。

【背景技术】

条纹投影三维轮廓术，作为光学三维测量技术之一，在考古测量、人脸测量、平面振动测量等领域有着巨大的应用前景。可以预见，条纹投影三维轮廓术在未来的3-D打印技术中将扮演重要角色。

在条纹投影三维轮廓测量中，特征相位的高精度获取是实现高精度测量的保证。然而，由于投影仪、CCD等硬件本身固有的投影光强或者采集光强的非线性特征以及测量基准面、被测物体表面对光反射特性的差异，整个原始测量系统中的光强非线性特性是固有的。如果不对此进行校正，测量中获取的相位精度将会严重降低，甚至严重失真，这对实际测量是很不利的。为了保证条纹投影三维轮廓测量的精度，必须对测量中的光强进行校正。

文献“Phase error compensation for a3-D shape measurement system based on the phase-shifting method”提出了一种性能优异的光强非线性校正方法：测量并拟合投影仪的γ曲线，通过相移法相位求解公式求得条纹在γ特性影响下的相位值以及其与无γ特性影响的相位值的差值Δφ，以此为依据建立查找表用于后续相位补偿；该方法较好地消减了投影仪γ特性给投影条纹相位带来的误差，但是如文章所述，该方法适用于采用相移法的投影条纹测量情形，在傅里叶变换轮廓术中的应用有效性并未被肯定，而且作者在文中所宣称的γ校正仅针对投影仪，并未涉及CCD的。

【发明内容】

为了克服已有校正技术不适用于傅里叶变换轮廓术、γ校正没有同时兼顾投影仪和CCD这些不足，本发明提出一种操作简单、适应性强的灰度条纹投影光强非线性校正方法及基于该方法的相位校正方法。

本发明采用以下技术方案：

一种灰度条纹投影光强非线性校正方法，（1）编程生成灰度值从0～255逐次变化的灰度图像，将生成的所述灰度图像由投影仪投影到测量面，CCD采集投影到测量面上的各个灰度的图像，据此建立每个像素点的灰度查找表，所述灰度查找表包括生成的灰度图像的灰度值以及CCD实际捕捉灰度图像的灰度值，其中，生成的灰度图像的灰度值为设定灰度值，CCD实际捕捉灰度图像的灰度值为实际灰度值；（2）采集被测灰度条纹图像，提取图像中每个像素点的灰度值，从步骤（1）得到的灰度查找表中找出与该灰度值对应的实际灰度值，以此查出设定灰度值；（3）以步骤（2）查出的设定灰度值对被测灰度条纹图像进行校正。

在步骤（1）中，0～255区间内的各个灰度图像必须被投影且被CCD采集。

CCD采集到图像各个像素点的灰度值后，对各个像素点的数据进行拟合，建立图像像素点(m,n)的投影光强设定灰度值i_set(m,n)与CCD实际采样得到的光强灰度值i_cap(m,n)间的查找表，所述m的取值范围为[1,M]，n的取值范围为[1,N]，M、N分别代表CCD采集图片的像素行数、像素列数。

在步骤（3）中，对被测灰度条纹图像进行的校正指事前校正或者事后校正；事前校正时，假设CCD与投影仪的像素一致，且测量时视场重合：

（1）事前校正过程的公式化表示如下：

i_set(m,n)=chart(m,n)(i_id(m,n))

i_cap(m,n)=i_cap(m,n)

式中，i_set(m,n)表示投影仪投影条纹在像素点(m,n)的设定投影灰度值，chart(m,n)(i_id(m,n))表示对投影条纹在采集图像像素点(m,n)的理想灰度值i_id(m,n)通过建立的查找表查找其校正后的灰度值，i_id(m,n)表示像素点(m,n)的理想灰度值，b代表条纹背景灰度值，a代表条纹对比度，s代表CCD采集到的条纹的像素周期，代表条纹图像的初始相位值；

（2）事后校正的公式化表示如下：

i_set(m′,n′)=i_id(m′,n′)

i_cap(m,n)=chart(m,n)(i_cap(m,n))