[发明专利]一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统

说明书

本发明公开了一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统，首先使用标定平板对测量系统进行预标定，求出耦合强度系数；其次使用该系统分别向待测物投影一幅均匀强度图和一幅彩色条纹图，对两幅图分别去耦后，使用均匀强度图求取背景项和调制度，对彩色条纹图进行去背景和色彩归一化，得到三幅无背景的、色彩归一的条纹图；然后使用相移法对这三幅条纹图求取解调相位；最后对得到的解调相位进行去包裹，得到解包裹相位。经过背景项标定后实现了单幅彩色条纹图相移法解调，既保留了传统灰度相移法解调的鲁棒性，又是实现了快速相位解调，满足了动态三维形貌测量的需求。

技术领域

本发明属于光学三维测量技术领域，具体涉及一种快速彩色条纹图相位解调算法及系统。

背景技术

近几十年来，动态三维形貌测量技术被广泛的应用于各个领域，机器视觉、工业自动检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学和影视特技制作等。为了实现动态物体的快速三维测量，通常采用多摄像机的立体视觉方法和条纹轮廓术。其中立体视觉由于存在立体匹配的不确定性使测量精度低，且多相机增加了测量成本。而条纹投影轮廓术具有非接触、全场、高精度等优点，得到了广泛的发展和应用。条纹投影轮廓术方法目前主要采用灰度编码和彩色编码两种途径，采集到经待测物调制的变形编码条纹后，通过相位解调、相位解包裹和相位到高度的映射这三个流程重建物体形貌。其中相位解调的速度和精度对三维形貌测量结果具有决定性的意义，因此学者展开了大量的研究。

在现有的相位解调方法中，最常用的两种方法是空域法和相移法，其中空域法虽然只需采集一幅灰度条纹图就可提取相位，满足动态测量的需求，但当测量对象是表面复杂的物体时，该方法容易出现频谱混叠，导致相位提取错误；而相移法，由于对环境光不敏感、能够获得像素级相位点，且使用多幅图(三幅以上)的强度关系提取相位，因此解调精度高，然而采集多幅图像对于动态测量来说是不可接受的，因为投影仪图案序列中的同一个点可能会由于待测物深度的变化而映射到所采集图像中的不同点，导致解调相位误差，限制了动态测量的精度。然而随着各行各业的发展，对动态物体的测量需求越来越大，且对速度和精度都有了更高的要求，因此需要一种精度和速度兼顾的动态三维形貌测量技术。

基于以上考虑，随着彩色相机的发展，相比于传统的单通道的灰白相机，彩色相机有三个通道，因此学者们将三幅灰度条纹图编码在一幅彩色条纹图中，减少了图片幅数，提高了投影采集的效率。但在彩色条纹图的使用中，不可避免的是三个通道之间的色彩耦合和不平衡问题。对于色彩耦合问题，可以通过系统预标定方法进行去除；对于色彩不平衡的问题，学者Pan等人投影采集三幅以上彩色条纹图，求取每个通道的背景项和调制度，进行三通道的色彩归一化校正(文献Color-encoded digital fringe projection techniquefor high-speed 3-D shape measurement:color coupling and imbalancecompensation)，该方法归一化精度高，但需要投影采集的图片过多，不适合快速测量。

发明内容

针对现有的动态三维形貌测量技术受到相位解调方法的限制，效率和精度不能同时兼顾的问题，本发明目的在于提出一种鲁棒性高的相位解调方法，能够快速求解解调相位，满足动态测量的需求。

为达到上述目的，本发明所述一种快速彩色条纹图相位解调算法，首先在标定平板上投影三幅红绿蓝均匀图，提取耦合强度系数，对系统进行预标定；；其次使用预标定后的系统分别向待测物投影一幅均匀强度图和一幅彩色条纹图，对两幅图分别去耦后，使用均匀强度图求取背景项和调制度，对彩色条纹图进行去背景和色彩归一化，得到三幅无背景的、色彩归一的灰度条纹图；然后使用相移法对这三幅灰度条纹图求取解调相位；最后对得到的解调相位进行解包裹，求取解包裹相位，重建三维形貌。

进一步的，包括以下步骤：

步骤1：向标定白板投影三幅强度一致的红色均匀强度图绿色均匀强度图和蓝色均匀强度图拍摄投影的均匀强度图，采集到红色均匀强度图绿色均匀强度图和蓝色均匀强度图