[发明专利]一种基于数理分析的结构光相位展开方法

说明书

本发明属于结构光三维测量技术领域，具体涉及一种基于数理分析的结构光相位展开次级表构建方法，包括如下步骤：包括如下步骤：S1、采用不同频率条纹进行投影测量，其中频率指单幅条纹图中条纹数目，各频率之间满足一定关系，确保通过外差法最终能获得单频相位图；S2、利用外差法对相机捕获的多频变形条纹图进行计算，获得两种频率为相邻整数的截断相位图；S3、将所获的两种相邻整数频率，代入次级表构建公式，快速构建相位展开次级表；S4、检索次级表对截断相位进行相位展开。该方法生成过程简单、快捷，满足3D重建对精度和速度的要求，其中对初始频率的约束要求在大多数情况下容易满足。

技术领域

本发明属于结构光三维测量技术领域，具体涉及一种基于数理分析的结构光相位展开方法。

背景技术

结构光3D形貌检测技术，因其具有快速，非接触，高精度等优点，被认为最具前景的光学三维形貌测量技术之一，该技术利用投影设备将条纹投影到待测物体表面，被测物体形貌的变化导致条纹发生扭曲，形变，对这种条纹形变进行分析来获取高度信息。为提高测量方法的鲁棒性，该技术一般采用多种频率条纹进行测量，因此也出现了众多多频解调技术。利用数理方法计算截断相位次级的解调方法，在实现速度和重建精度上呈现出较好的效果，如华中科技大学的研究者撰写的多频率投影条纹测量相位展开技术研究一文中，投影三种已知频率正弦条纹到待测物体表面，利用三种频率之间数理关系建立相位展开次级表，通过该次级表来指导后续变形条纹图的相位展开。该方法由于预先建立展开相位次级表，因此在相位展开过程中只需根据相位次级表对截断相位进行加减运算，即可获得展开相位，在满足多频条纹重建方法具有的强鲁棒性优势同时还提高了实时计算速度。其中相位展开次级表是该方法的关键技术。

然而，现有的数理关系相位解调方法对于相位展开次级表的计算过于复杂，当条纹频率发生变化时需要重新计算，且无简单便捷的计算函数式，因此极大的限制了该方法的使用场景和应用的灵活度。

综上可知，相关技术存在缺陷，亟待完善。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种基于数理分析的结构光相位展开方法，该方法只需所投影多频条纹的初始频率满足一定数值关系，即可利用本发明提出的次级表构建公式自动生成对应的相位展开次级表，且生成过程简单、快捷，满足3D重建对精度和速度的要求，其中对初始频率的约束要求在大多数情况下容易满足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于数理分析的结构光相位展开方法，包括如下步骤：

S1、采用不同频率条纹进行投影测量，其中频率指单幅条纹图中条纹数目，各频率之间满足一定关系，确保通过外差法最终能获得单频相位图；

S2、利用外差法对相机捕获的多频变形条纹图进行计算，获得两种频率为相邻整数的截断相位图；

S3、将所获的两种相邻整数频率，代入次级表构建公式，快速构建相位展开次级表；

S4、检索次级表对截断相位进行相位展开。

优选的，所述步骤S1包括如下步骤：

S1-1、利用计算机编码生成空间频率为f₁、f₂、f₃...f_n-1、f_n的正弦条纹图；

S1-2、根据外差法，两种频率分别为f_a、f_b的相位函数，叠加后得到一种更低频率为f_c的相位函数f_c＝f_a-f_b；

S1-3、假设空间频率f₁f₂f₃...f_n-1f_n，则有：