[发明专利]用两个正交正弦光栅实现快速调制度测量轮廓术的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学三维传感技术，特别是涉及用相隔一定间距的两个正交正弦光栅实现快速调制度测量轮廓术的方法。

背景技术

三维物体表面轮廓测量，即三维面型测量，在机器视觉、生物医学、工业检测、快速成型、影视特技、产品质量控制等领域具有重要意义。光学三维传感技术，由于其具有非接触、高精度、易于自动控制等优点获得很大发展。现有的光学三维传感方法主要包括：三角测量法、莫尔条纹法(Moiré Topography，简称MT)、傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry,简称FTP)、空间位相检测术(Spatial Phase Detection,简称SPD)、位相测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry,简称PMP)、调制度测量轮廓术(Modulation  Measurement Profilometry,简称MMP)等，这些方法都是通过对受三维物体面形调制的空间结构光场进行解调制，来获得三维物体面形高度信息。其中调制度测量轮廓术由于采用投影方向和探测方向一致的测量系统，从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制，可以实现表面高度变化剧烈或不连续的物体的测量（如：Likun Su, Xianyu Su, Wansong Li, and Liqun Xiang, Application of modulation measurement profilometry to objects with surface holes, Applied Optics, 38(7),1999,1153-1158）。在调制度测量轮廓术中，需要移动物体扫描多帧图像才能完成测量，大大限制了其测量速度，从而影响了其实时性。应用本发明提及的利用两个正交正弦光栅的方法，就可以解决这一技术难题。

发明内容

本发明的目的则是针对调制度测量轮廓术测量速度慢的缺陷，提出一种在三维传感技术测量中用两个相隔一定间距的正交正弦光栅实现快速调制度测量轮廓术的方法。这种方法只需对物体采集一帧图像，就可以恢复出物体的三维面形，使得调制度测量轮廓术能够实现实时和动态测量。

本发明的目的是采用下述技术方案来实现的：

将两个具有一定间距且正交的正弦光栅，通过投影系统同时投影在被测物体上。投影系统可以采用幻灯机，将两个光栅用一块固定厚度的玻璃隔开，做成一块幻灯片。由于两个光栅之间存在一定间距，所以它们的投影像面也是彼此分开的。然后将被测物体置于两个光栅投影像面之间，CCD相机通过一个半透半反镜从同一个方向获取受到正交光栅调制的物体表面图像。采用傅里叶变换、空间频域滤波和逆傅里叶变换，将正交光栅图像分离，而得到两个光栅像在物体表面的调制度分布，利用预先标定得到的调制度比值和高度的对应关系恢复出物体高度，从而完成了对物体的测量。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1.        本发明提出一种新的快速调制度测量轮廓术，该方法只需采集一幅图像，即可恢复

出物体高度，除保留原有调制度测量轮廓术具有的垂直测量优点外，还具有三维信息实时采集的特点。

2.        本发明将两个有一定间距且正交的正弦光栅同时投影在被测物体上，并使被测物体位于两个光栅投影像面之间，CCD相机通过一个半透半反镜从同一个方向获取受到正交光栅调制的物体表面图像。 采用傅里叶变换、空间频域滤波和逆傅里叶变换，将正交光栅图像分离，而得到两个光栅像在物体表面的调制度分布，该调制度分布曲线具有 X 交叉的性质，利用其比值和高度的对应关系可以重建物体三维面形。

3.        本发明如果采用图像处理硬件实现傅里叶变换、空间滤波和逆傅里叶变换，将可实现实时的三维重建，在实时动态三维测量以及实时三维视频技术方面具有良好的应用前景。

附图说明

图1本发明快速调制度测量轮廓术原理图。

图2本发明情况下实测的两个光栅像的调制度曲线图。

图3本发明情况下实测的两个光栅像的调制度比值曲线图。

图4本发明情况下实测的两个光栅像的条纹灰度图。

图5本发明情况下实测的条纹灰度图的频谱分布图。

图6本发明测量系统的装置示意图。

图7本发明情况下获取的被测物体表面的条纹灰度图。

图8本发明情况下获取的被测物体表面的调制度比值图。

图9本发明情况下恢复得到的物体三维面形图。

图10本发明情况下恢复得到的物体剖面图。