[发明专利]基于分段量化相位编码的结构光三维测量方法

权利要求书

1.一种基于分段量化相位编码的结构光三维测量方法，其特征是：包括以下步骤：

(一)编写正弦条纹，采用四步相移法进行三维测量，则四幅正弦条纹图:

A_n(x,y)＝A'(x,y)+A”(x,y)cos[φ₁(x,y)+π(n-1)/2](n＝1,2,3,4)

其中，A'(x,y)是平均亮度，A”(x,y)是调制亮度，φ₁(x,y)是待求相位，生成A₁、A₂、A₃、A₄四幅正弦条纹图；

(二)编写分段量化相位编码条纹，为了产生这种量化相位编码条纹，码字根据奇偶分成两组，并根据大小依次递增排序，把量化级别设置为M＝6(M为整数)，3位码的奇数组合是‘135’，偶数组合是‘246’，把这两组3位码组合成一个6位的编码序列CS:‘135246’，把整个投影仪水平方向的像素分成N段，N为整数，每段的量化编码相位都由编码序列CS调制得到；把编码序列CS转化成量化编码相位可以用下式表示:

φ₂(x,y)＝CS[floor(x/p)]g·2π/M

其中x为投影仪水平方向的像素点，p为一个周期的像素数,CS[k]为计算得到编码序列CS的第k个码字；

把量化编码相位嵌入三幅相位编码条纹中：

I_n(x,y)＝I'(x,y)+I”(x,y)cos[φ₂(x,y)+2πn/3](n＝1,2,3)

其中，I'(x,y)是平均亮度，I”(x,y)调制亮度,φ₂(x,y)是待求相位，生成I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)三幅量化相位编码条纹图；

(三)采集图片，用投影仪依次投射上述生成的正弦条纹和量化相位编码条纹于参考面和物体上，用CCD采集这两组图片，将结果送入计算机中；

(四)三维重建，根据(一)结果，由四步相移法计算得到截断相位：

φ₁(x,y)＝tan^-1[(I₂-I₄)/(I₁-I₃)]

根据(二)结果，由三步相移法计算得到量化编码相位：

经取整运算后得到最终的量化编码相位码字：

C(x,y)＝round[Mφ₂(x,y)/2π]

条纹级次的识别：利用连通区域标记原理，根据计算得到的码字，从码字图映射创建6个二进制掩码：

所述二进制掩码被用来确定不同码字区域的分布，在编码序列CS中，一个码字会出现多次，因此将存在几个具有相同的码值的条纹和几个相同二进制掩码的连通区域，对于每个掩码Li，使用标记操作，用唯一的标记值来标记每个连通区域，从而唯一确定出具有代码i和标记j的连通区域Rij，在同一个连通区域Rij内的所有点具有相同的条纹级次，只要确定连通区域内质心点的条纹级次，在该点所处连通区域内的所有其他点的条纹级次也都可以确定，标记操作后，任意一个连通区域内的质心很容易可以求得，记为(x_ij,y_ij)，则该区域内的码字为C_current＝i，进一步求得Rij内yij行的左端点xijL和右端点xijR，则前一个连通区域的码字为后一个连通区域的码字为计算得到连续3位码字C_formerC_currentC_latter后，就可以确定其当前周期C_current的条纹级次k，条纹级次k的确定变成编码序列CS中连续3位码字的顺序位置定位，根据上述方法，通过解相位公式：Φ＝φ₁+2kπ；进行相位解包裹，分别得到参考面的连续相位值α和带物体的连续相位值β，通过公式：得到物体连续相位差，从而利用相位-高度公式：

最后得到物体表面每一点的高度信息。