[发明专利]基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法

说明书

本发明公开了基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法，具体包括:利用计算机生成三幅正弦相移条纹图和一幅二进制条纹图；用投影仪将四幅条纹图依次投影到被测物体表面，对每幅投影图像用摄像机进行采集；先利用三幅正弦相移条纹图求解出包裹相位；利用二进制条纹图先对其做图像滤波预处理，对预处理后的图像做二值化处理，进行连通区域标记，接着做比较赋值运算，最后做相移编码加倍操作，得到所有像素点的条纹级次；最后进行相位解包裹获得用于三维重建的绝对相位；三维重建，相位‑高度转换。本发明提出的方法只需使用四幅结构光条纹图就能进行相位求解与解包裹,可以在相同时间与测量精度的情况下完成更多次的测量，提高了三维测量速度。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法。

背景技术

基于条纹投影的光学三维测量技术具有非接触性、效率高、精度高和自动化程度高等优点，是目前最有前景的三维测量方法。三维测量系统如图1所示，包括DLP投影仪1、CCD2、工作站3、测量支架4、参考平面5和待测物体6；DLP投影仪1和CCD2放在测量支架4上；DLP投影仪1、CCD2分别通过数据线连接工作站3；待测物体6放在参考平面5上；工作站3内包含图像采集卡、投影软件、测量软件。DLP投影仪1将带有特征信息的条纹聚焦投射到被测物体6表面，由CCD2采集条纹信息，经过工作站3处理后提取特征信息，并按照特定算法进行三维重建。DLP投影仪1光轴和CCD2光轴相交于O点。DLP投影仪1和CCD2为同一高度，它们之间的距离为d，它们到参考平面的距离为l₀。被测物体6的高度计算公式为：

其中f₀为参考平面上的正弦条纹频率，Δφ为物体表面图像和参考平面图像对应点的连续相位差。

通过对国内外研究现状及发展动向分析研究，传统的三维测量技术己经发展较为成熟，但多为静态测量。近年来高速、实时和高精度的三维测量在工业在线检测、虚拟现实、医学诊断、物体形变分析等方面都有着广泛的应用，并且随着采集设备、投影设备、高速处理器的性能提升，高速、实时和高分辨率的三维测量方法正逐渐成为光学三维测量技术的发展的一个重要方向。因此，如何采用更少的投影条纹帧数来求解待测物绝对相位成为了突破口。传统测量方法中，通常需要大于等于六幅的条纹图像，才能实现绝对相位的测量，耗时长，直接影响测量速度。

本发明提出一种基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法，此方法只需投影三帧正弦相移条纹图和一帧二进制条纹图，耗时短，可有效提高测量速度，适合需要高速、实时三维测量的场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法，此方法只需投影三帧正弦相移条纹图和一帧二进制条纹图，耗时短，可有效提高测量速度，适合需要高速、实时三维测量的场合。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法，该方法包括下列步骤：(1)利用计算机生成三幅正弦相移条纹图和一幅二进制条纹图；(2)用投影仪将四幅条纹图依次投影到被测物体表面，对每幅投影图像用摄像机进行采集；(3)先利用三幅正弦相移条纹图求解出包裹相位；然后利用二进制条纹图，先对其做图像预处理，接下来对预处理后的图像做二值化处理，然后进行连通区域标记，最后做相移编码操作，就可以得到所有像素点的条纹级次；最后进行相位解包裹获得用于三维重建的绝对相位；(4)三维重建，相位-高度转换。

步骤一、利用计算机生成特定组合的三幅正弦相移条纹图I₁、I₂、I₃和一幅二进制条纹图I₄，并依此满足公式(1)、(2)、(3)和(4)：

I₁(x,y)＝I'(x,y)+I”(x,y)cos(2πTx) (1)