[发明专利]基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法，具体说是一种基于傅里叶变换的快速三维测量方法，可用于高速实时状态下的目标三维测量，属于三维形貌测量领域。

背景技术

三维形貌测量技术旨在获取物体的三维信息，该技术现已广泛应用于各个领域，如何进行快速高精度的测量一直是三维测量方面的研究重点。基于光学的三维测量技术是目前最有发展前景的方向之一，其中基于结构光技术的三维测量是其中研究的热点之一，其应用也是十分广泛。

傅里叶轮廓三维测量方法就是一种基于条纹结构光的算法，最初由Takeda和Mutoh于1983年提出，其优势主要在于只需要一幅图像即可进行三维结构光测量。具体来说，只需要拍摄一幅编码的条纹图，然后对它进行傅里叶变换，紧接着在空域里进行带通滤波，将非编码的信息滤去只保留条纹信息。最后通过傅里叶逆变换将滤波后的图像变换回来，再经过相位运算就得到包裹的相位图。

虽然傅里叶变换法具有快速测量等的优势，但是传统的傅里叶变换方法在求解得到包裹的相位图后，都需要相位展开过程。同时，为了求得三维坐标，一般都需要对投射结构光条纹的投影仪进行标定。此外，傅里叶变换法是将相位信息直接换算成高度信息。因此，相位信息误差就直接反应到高度误差上，所以该方法需要较高质量的相位图，这些特点就限制傅里叶变换方法在三维测量上的应用。

近年来，国内外许多学者对傅里叶变换三维测量方法进行改进，但是大多数都是对相位展开过程，或者投影仪标定方法等进行改进。从本质上来说并没有避免相位展开和投影仪标定等过程，这样整个算法还是比较复杂，不利于应用推广。

发明内容

本发明的目的是在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、建立双目立体视觉检测平台，主要包括两台平行放置的工业相机以及专业投影仪设备；

步骤2、对工业相机进行立体标定，得到相机标定参数，用于双目立体矫正过程；

步骤3、在不使用任何主动光源的条件下，同时拍摄获取左右相机图像，称之为左右原图；

步骤4、用专业投影仪投射设计好的结构光图案，然后同时拍摄获取左右相机图像，称之为结构光条纹图；

步骤5、利用步骤3得到的左右原图，采用被动立体匹配算法得到初步视差图；

步骤6、利用步骤4得到的左右结构光条纹图，采用傅里叶轮廓技术得到包裹的相位图；

步骤7、将步骤5得到的初步视差图作为约束条件，对步骤6得到的包裹相位图采用局部相位匹配方法进行相位匹配，得到像素级的相位匹配视差图；

步骤8、对步骤7得到的匹配结果运用线性比例关系进行视差精细化处理，得到亚像素级精度的视差匹配结果；

步骤9、将步骤8得到的亚像素级精度的视差结果生成三维点云图，显示三维形貌结果。

本发明的设计思想是：

本发明提出将双目立体匹配技术应用于基于傅里叶变换法的三维形貌测量中，避免复杂的相位展开过程，无需投影仪标定，可以达到亚像素级精度的匹配结果。双目立体匹配技术用于实现粗糙匹配，得到初步视差图，随后用此初步视差图作为约束条件用来对傅里叶变换法得到的包裹相位图进行相位匹配，最后生成三维点云图。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明利用被动立体匹配技术得到初步视差图，并将此初步视差图作为约束条件来实现包裹相位的像素级匹配。随后，运用线性比例思想实现亚像素级的相位匹配，得到致密视差图。

2、本发明不需要任何空间或时间的相位展开过程，简化算法复杂度，同时避免相位展开带来的误差。

3、本发明不需要投影仪标定过程，避免复杂的投影仪标定可以使得测量过程更加简化，同时又能避免投影仪标定带来的误差。

4、本发明测量过程只需投射一幅结构光图，相机共拍摄两幅图即可，达到快速测量的要求。

5、本发明由于采用被动立体匹配方法作为约束条件，因此不需要高质量的相位图，使得算法复杂度降低。

6、本发明可运用于单个或者多个物体，同时可以应用到连续或不连续的物体的三维形貌测量。

总之，本发明是一种新颖、简单而又快速的三维测量方法，具有很高的应用价值，尤其是在快速三维测量技术方面，具有很大的发展前景。

附图说明