[发明专利]一种双频相移与格雷码组合方法

说明书

一种双频相移与格雷码组合方法属于结构光三维测量技术领域；该方法包括以下步骤：首先、根据格雷码与相移组合方法获得绝对模拟码，根据相移法获得低频包裹模拟码，然后、计算低频包裹模拟码级数，第三、将低频包裹模拟码展开为低频绝对模拟码，第四、计算校正后的包裹模拟码级数，第五、将包裹模拟码展开为校正后的绝对模拟码，最后、使用校正后的绝对模拟码恢复被测物体的三维形貌；本发明有益效果在于：同格雷码与相移组合方法相比，采用本发明方法的测量结果中不会产生由周期跳变误差导致的粗大误差，可以提供更加可靠的绝对模拟码，从而提高了测量准确度。

技术领域

一种双频相移与格雷码组合方法属于结构光三维测量技术领域。

背景技术

基于结构光三维测量技术作为一种非接触式三维测量技术，在逆向工程、工业检测、医学、虚拟现实等众多领域具有广泛的应用。而基于数字条纹投影的结构光法以其效率高的优点，成为结构光三维测量技术中的重要分支。对于条纹投影方法而言，由于相移技术速度快和精度高，适用于测量具有复杂形状的物体，已被广泛使用；其中，三步相移算法必须进行模拟码解包裹获得连续的绝对模拟码，而格雷码作为一种数字时间编码，在连续数字的二进制编码字中最多有一位不同，这保证了错误的最小化，提高了抗干扰能力，因此将格雷码与相移技术组合起来进行三维测量成为结构光方法发展的趋势和研究热点，格雷码加相移法利用具有高抗干扰能力的格雷码来确定唯一的模拟码级数，进行无误差累计的模拟码解包裹，利用相移法的高采样密度、高分辨率和高测量准确度进行测量，既能测量高度剧烈变化或不连续的表面又保持高测量准确度。

然而，在格雷码与相移组合方法中，由于被测对象的非均匀反射率、背景强度和离焦的影响，所拍摄的格雷码条纹图像在黑白转换边界往往不是锐截断的，这在二值化过程中会产生错误，从而导致错误的模拟码级数。另外，在实际测量过程中，由于被测对象表面的非均匀反射率、噪声、环境光、离焦以及数字投影仪的非线性的影响，所拍摄的相移条纹图像将会偏离其理想的余弦波形，这会在模拟码的每个主值范围内产生解码误差。错误的模拟码级数和模拟码误差会导致绝对模拟码中存在明显的模拟码跳变，相当于一个条纹周期的误差，我们称之为周期跳变误差，周期跳变误差直接导致测量结果产生粗大的测量误差，因此需要消除周期跳变误差。

为了减小周期跳变误差，国内外研究者提出了一些措施，取得了一定的效果，例如：

文章《Self-correction phase unwrapping method based on Gray-codelight》提出了一种自校正模拟码解包裹方法，利用包裹模拟码中跳变T的位置来校正格雷码跳变的位置，从而避免绝对模拟码中产生周期跳变误差，但是该方法需要分别通过相邻像素的模拟码和模拟码级数来确定包裹模拟码中跳变T的位置和格雷码跳变的位置，并需要确定搜索范围，时间开销大，自适应性差。

文章《3-D Shape Measurement Based on Complementary Gray-Code Light》提出了一种基于互补格雷码的模拟码解包裹方法，该互补方法与传统格雷码方法相比，需要一幅额外的格雷码图案，格雷码数量是传统格雷码方法的两倍，并且需要一个相对复杂的解码过程。

发明内容

为了消除周期跳变误差，本发明公开了一种双频相移与格雷码组合方法，同格雷码与相移组合方法相比，采用本发明方法的测量结果中不会产生由周期跳变误差导致的粗大误差，可以提供更加可靠的绝对模拟码，从而提高了测量准确度。

本发明的目的是这样实现的：

一种双频相移与格雷码组合方法，包括以下步骤：

步骤a、根据格雷码与相移组合方法获得绝对模拟码x，根据相移法获得低频包裹模拟码

其中，