[发明专利]一种基于参考截断相位的三维测量方法

权利要求书

1.一种基于参考截断相位的三维测量方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：搭建条纹投影系统，包括投影仪、摄像机和计算机三部分，投影仪负责投影标准条纹图案，摄像机负责采集条纹图像，计算机负责分析条纹图像并从中提取相位分布；

步骤S2：投影仪将标准条纹图案投射至参考背景板，同时摄像机采集参考背景板调制的条纹图像，并传输至计算机进行分析处理，利用相移法从条纹图像中提取出参考截断相位φ_ref(x,y)；

步骤S3：投影仪将标准条纹图案投射至被测物体，同时摄像机采集物体调制的条纹图像，并传输至计算机进行分析处理，利用相移法从条纹图像中提取出物体截断相位φ_obj(x,y)；

步骤S4：添加相移量至参考截断相位φ_ref(x,y)，获得一组相移后的参考截断相位φ_ref(x,y,m)；将物体截断相位φ_obj(x,y)减去参考截断相位φ_ref(x,y,m)，获得取值区间为[-2π,+2π]的相位图Φ(x,y,m)；

步骤S5：通过数学运算将取值区间为[-2π,+2π]的相位图Φ(x,y,m)转换成取值区间为[-π,+π]的相位图Φ′(x,y,m)；依次对相位图Φ′(x,y,m)进行边缘检测，并统计相位图Φ′(x,y,m)的边缘点数目，记录边缘点数目最少的相位图Φ′(x,y,m^*)；

步骤S6：标定条纹投影系统的几何参数，将相位图Φ′(x,y,m^*)映射至三维物理空间，便可重建出物体的三维形貌。

2.根据权利要求1所述的一种基于参考截断相位的三维测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，摄像机采集的条纹图像可表示为：

I_n(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+2πn/N]；

式中：n＝1,…,N；(x,y)表示条纹图像的像素坐标；A(x,y)表示背景强度；B(x,y)表示调制强度；2πn/N表示第n幅条纹图像的相移量。

3.根据权利要求1所述的一种基于参考截断相位的三维测量方法，其特征在于：所述步骤S2和步骤S3中，利用相移法计算截断相位φ_X(x,y)的数学公式如下：

式中：X＝ref表示参考截断相位φ_ref(x,y)，X＝obj表示物体截断相位φ_obj(x,y)；因为上式中包含反正切运算，所以参考截断相位φ_ref(x,y)和物体截断相位φ_obj(x,y)的取值区间均为[-π,+π]。

4.根据权利要求1所述的一种基于参考截断相位的三维测量方法，其特征在于：所述步骤S4中，相位图Φ(x,y,m)的计算公式如下：

Φ(x,y,m)＝φ_obj(x,y)-φ_ref(x,y,m)；

因为参考截断相位φ_ref(x,y,m)和物体截断相位φ_obj(x,y)的取值区间均为[-π,+π]，所以相位图Φ(x,y,m)的取值区间为[-2π,+2π]。

5.根据权利要求1所述的一种基于参考截断相位的三维测量方法，其特征在于：所述步骤S5中，相位图Φ′(x,y,m)的计算公式如下：

因为相位图Φ(x,y,m)的取值区间为[-2π,+2π]，所以通过上式计算得到的相位图Φ′(x,y,m)，其取值区间为[-π,+π]。

6.根据权利要求1所述的一种基于参考截断相位的三维测量方法，其特征在于：所述步骤S5中，边缘点数目最少的相位图Φ′(x,y,m^*)所对应的索引值m^*可表示为：

式中：arg min()返回目标函数达到最小值时的变量值；edge()表示边缘检测函数，其将边缘点的像素值置为1，将非边缘点的像素值置为0。