[发明专利]一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法

说明书

本发明涉及一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法，解决的是影响测量精度的技术问题，通过采用步骤一，就投影界面，使用光栅公式计算边界峰值点作为第一标定点；就参考平面畸变光栅计算光栅上下边界和条纹峰值线，通过相交线提取计算边界峰值点作为第二标定点；步骤二，根据第一标定点和第二标定点计算出投影平面与参考平面的变换矩阵H；步骤三，将参考平面的有效区域设定为标准正弦光栅，结合步骤二的变换矩阵H，逆求解出投影光栅图像，完成校正的技术方案，较好的解决了该问题，可用于相位测量中。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，具体涉及一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法。

背景技术

数字光栅投影的相位测量轮廓术(Phase Measurement Profilometry,PMP)因其非接触、成本低、易获取、易处理、分辨率高等特点，是目前应用最广泛的全场三维轮廓测量技术之一。光栅投影相位测量轮廓术具体可描述为：通过数字投影仪将编制好的光栅条纹投射到被测物体表面上，经被测物体调制后生成变形条纹，相机采集到变形条纹并传给计算机，经过解相位得到相位分布，代入到相位信息-几何信息关系式，得到三维几何面形。

传统的相位测量轮廓术对系统的几何结构有严格的要求。由于这些系统参数的测量和调整在实际工程应用中比较困难，所以投影在实际参考平面上的光栅图样往往会产生一定程度的形状畸变。形状畸变除了常见的倾斜畸变和梯形畸变外，主要表现为条纹周期的非线性展宽。这些畸变会影响相位测量轮廓术系统的测量精度。因此使用相移轮廓术进行三维测量时，高质量的正弦光栅图是保证测量精度重要因素。本发明提出一种快速投影光栅自校正的新方法，设计了一种基于空间变换的投影光栅自校正方法。校正过程发生在投影仪光栅输出之前，将投影光栅畸变对三维重建影响降到最低。该校正方法简单快捷，不受相机与投影仪几何关系约束，只需要投影原光栅图案便可在数秒内完成校正。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的影响测量精度大的技术问题。提供一种新的相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法，该方法具有不受相机与投影仪几何关系约束，只需要投影原光栅图案便可在数秒内完成校正的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法，所述校正方法在投影仪光栅输出之前，包括：

步骤一，就投影界面，使用光栅公式计算边界峰值点作为第一标定点；就参考平面畸变光栅计算光栅上下边界和条纹峰值线，通过相交线提取计算边界峰值点作为第二标定点；

步骤二，根据第一标定点和第二标定点计算出投影平面与参考平面的变换矩阵H；

步骤三，将参考平面的有效区域设定为标准正弦光栅，结合步骤二的变换矩阵H，逆求解出投影光栅图像，完成校正。

上述方案中，为优化，进一步地，所述光栅公式为

其中，A为背景光强值，B为调制强度，f₀为载波频率，为被测物体高度调制相位，N为总的相移次数，i表示第i次相移，i∈[1,N]。

进一步地，投影平面的边界峰值点计算包括使用公式完成计算；

其中，u_i为上边界第i个边界峰值点，d_i为下边界第i个边界峰值点，x_peak为第一根条纹中心横坐标值，λ₀为光栅变化一周期(2π)沿x轴对应的长度，x_peak+(i-1)*λ₀表示第i根条纹的中心对应的横坐标。

进一步地，相交线提取计算边界峰值点包括提取光栅条纹中心线与光栅上下边界线的交点作为畸变光栅的边界峰值点；

提取光栅条纹中心线使用改进的Steger算法；