[发明专利]一种基于投影仪散焦解相位的光栅投影三维快速测量方法

权利要求书

1.一种基于投影仪散焦解相位的光栅投影三维快速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用计算机生成大小为M行N列的标准正弦光栅图像I，每点的灰度计算公式为：

其中，I(i,j)为光栅图像I在第i行第j列处的灰度值，p为光栅条纹周期，为光栅的相移量；

(2)I经抖动算法处理生成二值抖动光栅图D，D的大小与I相同；

(3)利用计算机生成大小为M行N列的二值辅助光栅图G和一幅额外二值光栅图F，即：

其中，F(i,j)为光栅图像F在第i行第j列处的像素值；

(4)将二值抖动光栅图D、二值辅助光栅图G和额外二值光栅图F通过投影仪散焦投射到被测目标上，用摄像机采集变形光栅条纹，得到大小为r行c列的图像，其中D散焦后的正弦光栅可以表示为：

I_n(x,y)＝I′(x,y)+I″(x,y)cos[φ(x,y)+2πn/4]

其中，n＝0,1,2,3，I_n(x,y)为第n幅图像的灰度值，I′(x,y)为条纹光强的背景值，I″(x,y)为调制强度，φ(x,y)为待求的主值相位分布，(x,y)表示变形光栅图像中各像素点的二维坐标，取值范围分别为：1≤x≤r,1≤y≤c；

(5)利用四步相移法求解主值相位φ(x,y)：

$\mathrm{\φ}(x,y)=\arctan \[\frac{\underset{n=0}{\overset{3}{\Σ}}{I}_n(x,y)sin(2\mathrm{\π}n/4)}{\underset{n=0}{\overset{3}{\Σ}}{I}_n(x,y)cos(2\mathrm{\π}n/4)}\]$

(6)将G散焦后的辅助光栅图G^d和F散焦后的额外光栅图F^d上所有像素点的值进行比较，得到标准化后的辅助光栅图G^nd可以表示为：

$G^{nd}(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& if& G^d(x,y)\>F^d(x,y)\\ 0,& if& G^d(x,y)\<F^d(x,y)\end{array}\right.,$

其中，(x,y)表示光栅图中每个像素点的二维坐标；

(7)对标准化后的辅助光栅图进行编码，通过对比就可以得到最细的光栅条纹，即相移光栅的周期次数，利用灰阶码法将主值相位进行相位展开得到绝对相位θ(x,y)：

θ(x,y)＝φ(x,y)+2k(x,y)π,

其中k(x,y)为整数，表示(x,y)点所处的光栅条纹周期次数；

(8)对摄像机和投影仪进行标定，获取投影仪与摄像机的对应像素点对；根据空间交汇法求得目标物体的三维坐标信息。