[发明专利]一种基于DLP投影的光栅三维扫描仪莫尔条纹消除方法

说明书

本发明提供一种基于DLP投影的光栅三维扫描仪莫尔条纹消除方法，包括采集标准平面多频多步相移影像得到标准平面绝对相位图；根据绝对相位图去除平面效应得到去平面效应的绝对相位图；根据去平面效应的绝对相位图去除畸变效应得到去畸变效应的绝对相位图；对绝对相位图和去畸变效应的绝对相位图进行参数空间变换得到相位值‑相位误差图；根据相位值‑相位误差图得到相位值‑相位误差映射表；采集测量物体的多频多步相移影像，根据相位值‑相位误差映射表进行绝对相位图修正后再进行测量物体的三维重建。本发明可在保证重建精度和重建细节的条件下，针对DLP投影的光栅三维扫描中存在的莫尔条纹进行消除，提高基于DLP投影的光栅三维扫描仪的测量效果。

技术领域

本发明涉及三维测量领域，尤其涉及一种基于DLP投影的光栅三维扫描仪莫尔条纹消除方法。

背景技术

数字光处理(Digital Light Processing,DLP)，先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。DLP应用了TI(美国德州仪器)公司开发的数字微镜晶片(DigitalMicroMirror Device,DMD)作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。DMD是数字式光开关,有许多边长为16μm的小正方形反射镜构成,每一个小反射镜代表投影图像的一个像素,如图1所示,DLP的主要特点是可以产生高亮度、高分辨率和高清晰度的数字视频图像。利用DMD的可编程性,经DLP投影出的图像可以根据需要,由计算机软件产生,这在光栅三维测量中极其有用：将所需的几帧有一定位相差的相移光栅利用计算机软件预先产生,然后按照相移顺序由DLP依次投影到物体上实现相移。

然而，在实际应用中由于DLP是以像素方式投射图像,投影光栅图像时投射出的光栅在一个周期内含有一定灰度级别,每一灰度级别对应DLP中的一个像素,每一像素都存在一定的宽度,这是由于DMD中小反射镜的尺寸引起的。电荷耦合器件(Charge-CoupledDevice,CCD)采集变形光栅图像时,如果DLP和CCD图像传感器的空间采样频率存在较小频差时，CCD获得图像将出现调制纹，这些调制纹就是莫尔条纹，如图2所示为基于DLP投影的光栅三维扫描仪采集到的影像存在莫尔条纹示意图。莫尔条纹产生的相位误差对光栅三维测量精度有比较大的影响。

为了减少莫尔效应对光栅三维测量精度的影响，一种方法是确保DLP和CCD图像传感器的空间采样频率存在较大频差，然而由于实际操作中DLP和CCD图像传感器受物体和姿态调制，同时较大频差意味着比较大的分辨率差异，不利于高精度测量，所以不具有实际可操作性；另一种方法是采用离焦投影的方法，抑止投影光场中由于DLP抽样产生的高频分量，减少莫尔干扰纹，然而此种方法同时也抑制了相移光栅的高频分量，降低了测量细节和精度。

发明内容

本发明针对DLP投影的光栅三维扫描中存在的莫尔条纹现象，提供一种不损失精度和细节的莫尔条纹消除方法，其过程包括以下步骤：

步骤1，采集标准平面多频多步相移影像，利用每个频率的多步相移影像得到每个频率的主相位图，结合所有频率的主相位图得到每个频率的整周期相位图，每个频率的整周期相位图叠加主相位图得到每个频率的绝对相位图；

步骤2，对每个频率的绝对相位图进行平面拟合得到平面拟合相位图，每个频率的绝对相位图减去平面拟合相位图得到每个频率去除平面效应的绝对相位图；

步骤3，对每个频率去除平面效应的绝对相位图进行三次曲面拟合得到曲面拟合相位图，每个频率去除平面效应的绝对相位图减去曲面拟合相位图得到每个频率去除畸变效应的绝对相位图；

步骤4，分别对每个频率以绝对相位值作为X轴，去除畸变效应的绝对相位值作为Y轴进行参数空间的变换，逐像素将相位图上的每个点都投影到定义的参数空间中，得到相位值-相位误差图；

步骤5，根据每个频率的相位值-相位误差图进行相位值分段得到分段的相位值-相位误差集合，将分段的相位值-相位误差集合剔除相位误差粗差后求平均值，将分段序号作为键、相位误差平均值作为值构建相位值-相位误差映射表；