[发明专利]一种减少相位测量轮廓术中多路径效应影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学三维测量技术领域，特别是采用相位测量轮廓术的三维测量。

技术背景

本发明涉及一种实时光学三维测量方法，即相位测量轮廓术（phase measuring profilometry, PMP），它是广泛应用于各领域三维测量的方法，具有测量速度快，测量精度高的特点。相位测量轮廓术属于光学投影式三维轮廓术，通过投影位置、图像捕捉位置与测量物体位置构成的三角关系确定被测物的三维深度信息。其测量系统主要由投影机、照相机和计算机处理单元构成。系统通过投影机投射若干正弦编码的光栅图到被测物体表面，同时照相机捕捉被测物体表面由物体形状引起变形的正弦光栅图形，然后计算机处理单元对所得数字光学信息进行运算从而得到被测物体表面的三维深度信息。

照相机的多路径效应是指，照相机中的电荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）可以实现将光信号转换为电信号，而照相机的数字成像过程可看做是一个积分的过程，同时由于CCD元件上的各单元尺寸并不可能与每个光子一样，所以在这个数字积分成像的过程中，各像素点的光强信息就必然包含其周围其他像素点的光强信息，从而导致最终计算得到的测量结果存在误差，影响测量精度。Xiang Zhou等人在论文“Effect of the modulation transfer function of a digital image-acquisition device on phase-measuring profilometry [J]. APPLIED OPTICS, 1994, 33(35): 8210-8215 ”中将照相机的多路径效应通过调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）进行了描述，并给出了新的相位测量方法和相位误差公式。 文献“许晓畅, 王永昌, 刘凯. 多路径模型对相位测量轮廓术的影响[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2014, 26(4)”提出多路径效应这一概念，初步研究了多路径效应的出现情况和产生原因，采用了一种3×3的平滑掩膜代入传统PMP方法的表达式以模拟多路径效应对获取的光信号的影响，然后使用了一种相位融合的方法进行相位误差修正。其方法的不足主要表现在：（1）没有确切的实验证明平滑掩膜能够真实还原多路径效应带来的影响，直接使用  3×3的平滑掩膜进行模拟，这样的模型套用准确度不高；（2）从实验结果可以看出，相位融合算法在某些特定的方向上实现了一定的修正相位误差，而在其他方向上仍然存在一定误差，没有完整的解决多路径效应带来的影响。应用本发明的提及的方案，可以避免引入外来模型可能导致的不确定性误差和额外误差，并且方法直接有效，能全面的修正各方向的相位误差，保证了较高的准确度和可行性。

发明内容

本发明的目的是针对照相机数字成像过程中存在的多路径效应引起PMP测量结果出现误差的问题，提出一种有效确定误差范围，并由此对误差部分实现修正的方法。

为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

直接利用传统PMP系统进行被测物体的三维测量，在得到的数字信息中，对亮度调制参数进行差异计算，根据差异情况对被测物的数字信息进行有效范围筛选，从而确定存在误差的区域。针对误差区域，由于与其邻近像素点具有的线性连续关系，通过利用有效区域的像素点的相位值来确定误差像素点的相位值，最后利用传统PMP方法的三维计算得到三维数据。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

本发明可以有效减小多路径效应引起的相位误差，提高PMP三维测量结果的精准度。本发明在传统PMP方法的基础上进行了改进，避免了使用其他模板可能带来的不确定误差和额外影响，保证了测量数据的可靠性，并且可以实现各方向上相位误差校正，方法直接有效，相比传统PMP方法能使测量结果达到具有更高的精准度。

 附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本实例中使用传统相位测量轮廓术重建得到的目标的正视图和局部侧视图；

图3是使用了本发明的方法后重建得到的目标正视图和局部侧视图。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。