[发明专利]针对条纹投影三维测量系统离焦现象的相位误差校正方法

权利要求书

1.一种针对条纹投影三维测量系统离焦现象的相位误差校正方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1.使用投影仪在物体上投射所需的N幅标准相移正弦条纹图像，对N幅条纹图进行采集；

S2.对于步骤S1中采集得到的条纹图，求解背景图像I',然后用传统相移法求解带有相位误差Δφ(x_c)的相位

S3.对S2中得到的背景图像I'进行边缘提取；

S4.用步骤S3中得到的边缘图像，恢复背景图像I'在离焦之前的清晰背景图像I′_s；

S5.根据步骤S4中求得的清晰背景图像I′_s，通过最小化如下图像距离来计算每一个边缘像素由相机模糊引起的点扩散函数G，由单参数标准差σ描述，

d＝||I'-I′_s*G||²；

S6.对于步骤S5中确定的每一个待处理的像素，跟据邻域平均法计算相位梯度方向：

其中，u和v为图像像素坐标的横向和纵向索引；w为一个预设的正方形邻域的宽；φ_u和φ_v分别为沿u和v方向的相位偏导数；

S7.根据步骤S4中得到的离焦前背景图像I′_s，步骤S5中得到的点扩散函数G和步骤S6中得到的相位梯度方向对每一个待处理的像素，计算其由相机离焦引起的相位误差：

其中Δ(x_i,x_o)是像素x_i与x_o之间的相位差，在近邻域平面性假设的前提下，其中向量由x_o指向x_i；为像素点x_o的梯度方向，即步骤S6中求得的ρ为x_o的邻域的相位密度，即相邻像素沿着相位梯度方向的相位差值，可直接在相位图中获取，在计算相位误差时，进行求和的邻域的大小范围为宽为6σ+1的正方形区域，σ在步骤S5中计算得到；

S8.根据式获取校正后的相位信息，最终结合标定信息，可求得测量物体的三维信息。

2.根据权利要求1所述的针对条纹投影三维测量系统离焦现象的相位误差校正方法，其特征在于，步骤S1中所述的使用投影仪在物体上投射所需的N幅标准相移正弦条纹图像的具体操作是：根据主动光投影三维测量系统中的硬件三角关系固定投影仪和摄像机，将表面纹理复杂的待测物体放置在合适的位置，使用投影仪在物体上投射所需的N幅标准相移正弦条纹图像，条纹灰度值设置为：

其中，为第n幅条纹图像的灰度值；A和B分别为条纹背景强度和条纹调制度系数；φ为设定的相位值；δ_n为条纹的相移量，n＝1，2，…，N，N为总的相移步数。

3.根据权利要求1所述的针对条纹投影三维测量系统离焦现象的相位误差校正方法，其特征在于，步骤S1中所述的对N幅条纹图进行采集的具体方法是：首先调整摄像机的光圈大小，快门速度和感光度，使得采集回来的图像不会出现图像饱和，即图像中最亮区域灰度值小于255，在此相机参数下对N幅条纹图进行采集，在相机出现离焦现象时，相机采集到的条纹灰度值为：

其中，为采集到的条纹图，x_c代表采集图像的任一像素，x_o为x_c对应的在投影仪幅面的像素，x_i为x_o在投影仪幅面的邻域像素；T(x_i,x_o)是像素x_i对x_o的影响系数且T(x_i,x_o)＝β·G(x_i,x_o)·r_i,其中β是相机的增益，G(x_i,x_o)为相机模糊引起的点扩散函数PSF，r_i为x_c多对应的物体表面物点的反射率系数。