[发明专利]基于绝对相位恢复的四步相移方法

说明书

所属技术领域

基于绝对相位恢复的四步相移方法，涉及计算机视觉测量领域，属于三维测量方法和仪器技术领域，尤其涉及光学三维测量系统的结构光编码技术和绝对相位获取技术。

背景技术

基于光学的非接触式三维物体形貌测量技术得到了长足的发展，该技术已经广泛应用于产品设计与制造、质量检测与控制、机器人视觉等领域。另外，随着数字投影技术的进步，基于数字投影设备的结构光三维测量技术得到快速的扩展，在整个光学三维测量技术领域中占据越来越重要的地位。该方法：首先利用计算机生成光栅编码条纹图像；再使用数字投影设备投射光栅编码条纹图像；最后采集光栅条纹图像并进行编码求解和三维测量。

基于绝对相位标识进行相位编码方法主要分为两类：

一类方法是在投射图像时增加一幅标识图案，如线条，通过对采集的图像处理获得线条的位置，再根据该位置规定的绝对相位解其它的相位。这种方法比较简单，但增加了投射的成本和图像的数目。

另一类方法是将标识图案直接包含于用于求解相位的某一幅图像中。标识图案可以是十字线（Song Zhang and Shing-Tung Yau. High-resolution, real-time 3D absolute coordinate measurement based on a phase-shifting method，Opt Express 2006）、点等。这些方法都同时遇到两个难题：标识图案的提取和被标识图案覆盖的相位恢复。由于采用的十字线和标识点所含的信息较少，提取时十分困难，采用了对调制度进行伽马映射等方法，增加了处理过程，且易受图像质量的影响。Shaoyan Gai, Feipeng Da提出在正弦编码图案中对一条或多条条纹引入比例因子，采集投射的图像后先去背景，再根据灰度计算该因子的值，并进行二值化（0或1），据此得出被标记过的条纹位置。然而，该方法要求图像质量高，易受噪声的影响。

发明内容

针对现有方法投射图像多、绝对相位位置提取难、对图像质量要求高、易受噪声影响和的缺点，本发明提出了一种包含绝对相位信息更强的结构光形式，只需四幅图像，采用解调制度的方法简单地得到绝对相位图案的位置，对图像质量要求不高，对噪声不敏感，且避免了对被覆盖相位的恢复操作。

一种基于绝对相位恢复的四步相移方法，其特征在于由以下步骤组成：

步骤1、计算机生成光栅编码条纹图像：

通过程序编制生成四幅正弦编码条纹图像，图像的光强分布满足式(1)-(4),

               (1)

                     (2)

                     (3)

                     (4)

其中，、、、分别为第一、二、三、四幅光栅编码条纹图像中像素坐标为的光强灰度值, 为背景光强，为条纹幅值；绝对相位标识图案设置在第一幅编码条纹图像的任一第条条纹中；为绝对相位标识系数，当且仅当且时，=0，否则，=1，表示坐标为的像素点所在的条纹的序号；为光栅编码条纹图像中坐标为的像素点的相位值，当编码条纹是水平条纹时，；当编码条纹是竖直条纹时，，为正弦编码条纹的周期；

步骤2、编码条纹图案的投射和被测物体图像的采集：

调整数字投影设备参数，将步骤1所述四幅正弦编码条纹图像按顺序依次通过数字式投影设备投射到被测物表面，并用数字相机按相应的顺序依次对被测物进行图像采集，获得四幅带有编码条纹的被测物体图像；

步骤3、调制度求解：

对步骤2采集的被测物体的四幅图像，提取四幅图像中同一位置点的像素灰度值、、、，根据公式(5)至(10)分别计算该位置点的像素的调制度和平均调制度；

计算每个位置点的像素的调制度值：

          (5)

计算每个位置点的像素的平均调制度值：

用第2、3、4幅计算：   (6)

用第1、3、4幅计算：     (7)

用第1、2、4幅计算：     (8)

用第1、2、3幅计算：     (9)

平均调制度：                            (10)

步骤4、分别对每个位置点的像素的和进行比较：

凡是和不相等的，则表示该位置点的像素是组成绝对相位图案的像素，满足该条件的像素称为绝对相位位置区域以内的像素；凡是和相等的，则表示该位置点的像素不是组成绝对相位图案的像素，满足该条件的像素称为绝对相位位置区域以外的像素；