[发明专利]一种基于双边滤波优化的复合立体相位展开方法

权利要求书

1.一种基于双边滤波优化的复合立体相位展开方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：使用投影仪投影、两个相机同步采集一组三步相移条纹图和一张散斑图，并通过系统标定获得相机和投影仪之间的参数A；

步骤二：通过最小二乘法计算三步相移条纹图像获得包裹相位图；

步骤三：根据包裹相位图与参数A构建关于候选相位级次的三维匹配代价空间；

步骤四：利用包裹相位图和散斑图，通过双边滤波获得每个像素的每个候选相位级次的匹配代价值，通过WTA计算出相位级次图从而获得绝对相位图；

步骤五：通过两个相机间的相位匹配最终实现鲁棒、高精度的绝对三维形貌测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于双边滤波优化的复合立体相位展开方法，其特征在于：步骤一中的三步相移条纹图像被表示为：

I₁(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[Φ(x,y)]；

I₂(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[Φ(x,y)+2π/3]；

I₃(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[Φ(x,y)+4π/3]；

其中I₁(x,y)，I₂(x,y)，I₃(x,y)为对应的三步相移条纹图像光强，(x,y)为相机平面的像素坐标，A(x,y)为背景光强，B(x,y)为条纹的调制度，Φ(x,y)为待求相位。

3.根据权利要求1所述的一种基于双边滤波优化的复合立体相位展开方法，其特征在于：步骤二中，利用采集的三步相移条纹图像，通过最小二乘法得到包裹相位φ(x,y)，具体如下式：

由于arctan函数的截断效应，求得包裹相位φ(x,y)，其值域为[0,2π]，其与Φ(x,y)的关系如下：

Φ(x,y)＝φ(x,y)+2πk(x,y)；

其中k(x,y)为相位的周期级次，其值域为[0,f-1]范围内的整数，f为条纹图的频率。

4.根据权利要求3所述的一种基于双边滤波优化的复合立体相位展开方法，其特征在于：两个相机分别为左相机和右相机，步骤三中，对于从左相机处获得的包裹相位图φ(x,y)，对应的相位的周期级次k(x,y)存在N个可能值，为[0,N-1]，构建三维的绝对相位空间Φ_l(n,x,y)，具体如下式：

Φ_l(n,x,y)＝φ(x,y)+2πn,n＝0,1,2,3,...,N-1；

由于投影仪投影的是垂直方向的条纹图，根据绝对相位可以得到投影仪平面上的水平坐标，具体如下式：

其中，x^P(n,x,y)为投影仪平面上的水平坐标，W为投影仪的横向分辨率，根据左右两个相机和投影仪之间的参数A，可以得到在右相机平面上的坐标，具体如下式：

其中，F₁(x,y)、F₂(x,y)、F₃(x,y)、F₄(x,y)、F₅(x,y)、F₆(x,y)、F₇(x,y)、F₈(x,y)、C(x,y)、kk₁₃和kk₂₃为左右两个相机和投影仪之间的参数，然后构建关于候选相位级次的三维匹配代价空间Cost_Order(n,x,y)。