[发明专利]基于直线相位的光栅自校正方法

摘要

一种三维扫描系统中基于直线相位的光栅自校正方法主要涉及到逆向工程中，用相移法得到四幅相移图，然后，对所得的四幅相移图进行直线相位转换，对直线相位进行最小二乘直线拟合得到拟合直线相位，将偏离拟合直线相位的相位点调整到拟合直线相位上得到调整相位点，接着根据调整相位点，用相移法进行反变换，得到新的四幅相移图，将新的四幅相移图与原四幅相移图进行比较，得到投射光栅到采集光栅之间的传递函数，以传递函数为校正优化函数，校正计算机生成光栅，实现了光栅的自校正。该方法有效地改善了投影光栅波形的正弦性和精确相移，既能提高光栅波形的鲁棒性，也能提高相移精度，进而提高系统的测量精度。

主权项

1、一种三维扫描系统中基于直线相位的光栅自校正方法，用相移法得到四幅相移图，其特征在于：步骤1：对所得的四幅相移图进行直线相位转换，对直线相位进行最小二乘直线拟合得到拟合直线相位，将偏离拟合直线相位的相位点调整到拟合直线相位上得到调整相位点，然后根据调整相位点，用相移法进行反变换，得到新的四幅相移图，上述对偏离拟合直线相位的相位点进行调整的方法为：假设用最小二乘法拟合所得直线方程为：xa+Φ(x,y)b=1,]]>其中x表示像素点(x，y)的横坐标，Φ(x，y)表示像素点(x，y)的直线相位值，a、b是直线方程的参数，所以可得到Φ(x,y)=ba(a-x).]]>定义各点像素原来的相位值与拟合直线相位上对应点在纵坐标方向上的差值为该点像素的相位补偿值，则像素点(x，y)的补偿值为：即新的调整相位点相位值为′(x，y)＝(x，y)-Δ(x，y)；上述用相移法进行反变换的方法为：根据调整相位点的相位值，利用相移法公式可知，相位值的获得只与四幅相移图有关，假设补偿后的四幅相移图中第i幅图的灰度值I′_i(x，y)，则这四幅图是带有π/2相差的条纹图，并且它们仍满足相移法公式得到：I′₁(x，y)＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[′(x，y)+α₁]}＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+Δ+α₁]}I′₂(x，y)＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[′(x，y)+α₂]}＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+Δ+α₂]}I′₃(x，y)＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[′(x，y)+α₃]}＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+Δ+α₃]}I′₄(x，y)＝L₀(x，y){1+γ(x，y)cos[′(x，y)+α₄]}＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+Δ+α₄]}其中α₁＝-3π/4，α₂＝-π/4，α₃＝π/4，α₄＝3π/4，进而得到新的四幅相移图，步骤2：将新的四幅相移图与原四幅相移图进行比较，得到投射光栅到采集光栅之间的传递函数，以传递函数为校正优化函数，该校正优化函数采用如下方法得到：第一步：求取灰度值差ΔI(x，y)：由于四幅相移图之间只是存在π/2相差，并且只要知道其中任一幅相移图，都可以通过的相移得到其余三幅相移图，因此，为了简便计算，只取其中相移图中第一幅图进行比较，所以：ΔI(x，y)＝I₁(x，y)-I₁′(x，y)，第二步：求取投影光栅到采集光栅之间的收缩系数：该收缩系数的定义是：λ(x，y)＝128/(I₀(x，y)*γ(x，y))，其中I₀(x，y)、γ(x，y)可以通过下面的方法得到：由原来的四幅相移图：I_i(x，y)＝I₀(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+α_i]}i＝1，2，3，4其中，α₁＝-3π/4，α₂＝-π/4，α₃＝π/4，α₄＝3π/4，求得像素点(x，y)所在的光栅周期内的最大灰度值I_iMAX(x，y)和最小灰度值I_iMIN(x，y)，则：I0(x,y)=14Σi=14(IiMAX(x,y)+IiMIN(x,y)2),]]>上述I_i(x，y)的公式中都是背景值I₀(x，y)和余弦函数的乘积，根据cos2+sin2＝1，可以求得调制强度函数：γ(x,y)={[I4(x,y)-I2(x,y)]2-[I1(x,y)-I3(x,y)]2}12/2I0(x,y),]]>第三步：求取传递函数G(x，y)：G(x，y)＝λ(x，y)*ΔI(x，y)，以此传递函数为校正优化函数，步骤3：用校正优化函数对原四幅相移图进行校正，该校正方法为：用步骤2得到的校正优化函数G(x，y)来逐个像素校正计算机生成光栅gray(x，y)，得到新的计算机生成光栅gray′(x，y)：步骤4：循环执行步骤1～3，如果G(x，y)＝0或循环次数等于100，则循环结束，这时把步骤3得到的计算机生成光栅gray′(x，y)作为自校正后的光栅，这样就实现了光栅的自校正。