[发明专利]一种基于半截断正弦条纹的二值离焦三维测量方法及装置

说明书

本发明涉及光学三维测量领域，特别是一种基于半截断正弦条纹的二值离焦三维测量方法及装置。本发明先对半截断正弦条纹图像进行二值编码，得到编码条纹组；再将编码条纹组离焦投影至待测物体处，采集返回的条纹图像；最后将条纹图像解相位，得到待测物体的三维数据。本发明采用半截断正弦条纹图像进行二值编码，由于半截断的正弦条纹图像有一半的像素是0，所以在进行二值编码时，这部分像素可以使用0进行编码，并不会带来编码误差，继而在离焦投影后，这部分区域也不会有强度误差。与采用标准正弦条纹图像进行二值编码和离焦投影相比，极大的减少了与标准正弦条纹之间条纹的强度误差，也减少了三维测量结果的误差，提高了三维测量的精度。

技术领域

本发明涉及光学三维测量领域，特别是一种基于半截断正弦条纹的二值离焦三维测量方法及装置。

背景技术

基于条纹结构光的三维测量是一种非接触式的测量方法，它具有很多优点，比如高精度以及高速度等。它广泛应用于自动加工、高速在线检测、航空航天、物理仿形等领域。

通常情况下，商用的数字光学投影仪都有一定非线性问题存在，这会导致最后的三维测量结果有很大的误差，为了解决这个问题，业内提出了很多方法，其中二值离焦技术是一种常用的克服投影仪非线性的方法。这类方法通常是首先对标准正弦条纹图像进行二值编码(也就是用0和1来表示图像的每个像素值)，然后通过离焦投影，投射出接近标准正弦的条纹图像来进行后续的条纹结构光测量。二值离焦技术除了能解决投影仪非线性问题以外，还可以充分利用数字投影仪的特性，提高条纹投射的速度，继而提高三维测量的速度。

但由于二值离焦技术在二值编码过程中，存在编码误差，继而在离焦投影后，与标准正弦条纹相比存在强度误差，最终会导致三维测量结果出现误差。因此，如今需要一种能够降低离焦投影后与标准正弦条纹之间条纹的强度误差以及相位误差，从而降低三维测量的误差的离焦投影的三维测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有离焦投影三维测量技术条纹图强度误差较大导致离焦三维测量结果不精确的问题，提供一种基于半截断正弦条纹的二值离焦三维测量方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于半截断正弦条纹的二值离焦三维测量方法，包括以下步骤：

S1：对半截断正弦条纹图像进行二值编码，得到编码条纹组；

S2：将所述编码条纹组离焦投影至待测物体处，采集所述待测物体返回的条纹图像；

S3：采用四步相移法对所述条纹图像进行解相位，并通过相位图重建得到所述待测物体的三维数据。

本发明采用半截断正弦条纹图像进行二值编码，由于半截断的正弦条纹图像有一半的像素是0，所以在进行二值编码时，这部分像素可以容易地使用0进行编码，并不会带来编码误差，继而在离焦投影后，这部分区域也不会有强度误差。与采用标准正弦条纹图像进行二值编码和离焦投影相比，极大的减少了与标准正弦条纹之间条纹的强度误差，从而减少了三维测量结果的误差，提高了三维测量的精度。同时由于半截断正弦条纹包含偶数级的高次谐波，本发明通过采用四步相移法来完美消除这些高次谐波的影响，使得半截断正弦条纹图像的相位计算结果与标准正弦条纹图像相同，有效地提高了本发明检测结果的准确性。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1中所述半截断正弦条纹图像的生成公式为：

其中，I_ht-sin为所述半截断正弦条纹图像初始生成时的强度，f₀为空间载频，x为所述半截断正弦条纹图像的图像坐标的横坐标，Z为整数域。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1采用误差扩散编码算法对所述半截断正弦条纹图像进行二值编码。