[发明专利]基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型检测方法

说明书

技术领域：

本发明属于在线三维面型检测领域，特别是涉及一种基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型检测方法。

背景技术：

在线三维面型检测属于动态检测的范畴，动态检测需充分考虑测量方法的实时性。条纹投影轮廓术通过投影正弦结构光于被测物体，计算变形条纹相位来获得物体的三维信息，该方法具有无接触、测量精度可观、操作简单、测量成本低等优点，可用于流水线产品三维尺寸的在线检测。

条纹投影轮廓术的诸多算法中，傅里叶变换轮廓术(Fourier transform profilometry，简称FTP)常用于动态测量，其采用傅里叶分析的方法获取相位信息，具有全场分析的优点，但由于涉及频域滤波，导致物体面型突变区域测量精度受到限制。

相位测量轮廓术(phase measuring profilometry，简称PMP)采用相移技术点对点计算相位的方法，对背景、对比度和噪声的变化不敏感，测量精度高。但测量过程中需要采集至少三帧变形条纹来计算一帧相位信息，动态测量中物体的运动导致不同条纹图中物体像的位置发生变化，给PMP相位计算带来误差。要克服这一问题，不仅要求CCD具有较高的拍摄频率，还要求投影设备具有等同的投影切换频率，美国Iowa州立大学张松等人提出的实时三维检测系统可用于在线三维检测，但对系统硬件有较高要求。

四川大学曹益平等人根据流水线产品保持平动的运动特点，提出用像素匹配将物体位移转换为条纹相移的方法，解决了不同时刻拍摄到的变形条纹图物体位置发生变化的问题，从而降低了对投影、采集频率的要求。其中基于Stoilov算法的在线PMP采用计量光栅传感器产生触发信号来控制CCD拍摄物体等距离移动的变形条纹图，经像素匹配后将物体的位移转化为条纹的相移来计算物体的相位分布。

为了降低测量系统控制部分的复杂程度，同时提高解相精度，他们又提出的基于满周期等相移算法的在线PMP。该方法投影多帧相移条纹图，要求物体运动方向与条纹相移方向垂直，像素匹配后物体运动不产生等效相移，使得采集到的变形条纹图的相移量等于投影条纹的相移量，实现相移量人为编码控制的目的。但在实际测量过程中，很难精确控制投影条纹的相移方向与物体的运动方向垂直，而不垂直的系统误差将导致像素匹配后的各帧变形条纹图在条纹相移方向产生附加相移量，采用满周期等相移算法计算相位时引入相移误差，降低了相位计算精度。

针对上述问题，又提出采用像素匹配获得任意相移量，采用最小二乘法迭代计算相位的方法，不仅提高了测量精度，还减少了系统装置空间位置的约束条件。但最小二乘法迭代计算相位耗时较长，不利于系统实时性的提高。

由上述论述可知，不管是采用傅里叶变换还是采用最小二乘法迭代计算，均没有充分考虑三维面型检测对测量速度与精度要求的平衡性。傅里叶变换轮廓术实时性好，但测量精度不高，测量误差集中在被测物体面型的陡变区域。最小二乘法迭代测量精度高，但迭代时间长，影响了测量的实时性。

发明内容：

本发明克服现有技术存在的不足，解决了现有技术存在的问题，充分考虑在线三维面型检测对测量速度与精度要求的平衡性，提出基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型实时检测方法。通过傅里叶变换的方法获得被测物体的整体相位信息，将相位的梯度阈值作为图像特征参与相关运算得到相移条纹，对二值化相移梯度图膨胀得到物体表面陡变区域，最后采用最小二乘法迭代计算陡变区域的相位分布，用于修正FTP的计算结果以提高相位获取精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型检测方法，检测过程按照以下步骤进行：

步骤1)投影仪投影正弦光栅像于被测物体，CCD采集不同时刻的变形条纹图；

当传送带上无被测物体时，CCD不同时刻拍摄到的条纹图不发生变化，其光强分布可表示为：I₀(x,y)＝R(x,y)[A(x,y)+B(x,y)cosφ₀(x,y)](1)

式中R(x,y)为物体表面反射率，A(x,y)为背景光强，B(x,y)为条纹对比度；φ₀(x,y)为条纹相位分布；

当测量物体随传送带运动时，不同时刻CCD采集到变形条纹图，其光强分布可表示为：

I_i(x,y)＝R(x,y)[A(x,y)+B(x,y)cosφ_i(x,y)]i＝1,2,...M(2)