[发明专利]一种基于包裹相位正反的结构光编码方法

说明书

本发明公开了一种基于包裹相位正反的结构光编码方法，1)搭建结构光测量系统；2)调整相机和投影仪的位置，保存标定参数；3)生成待使用的随机正反序列；4)根据生成的序列合成内含有正反序列信息的三张相移投影图像；5)将三张相移投影图像输出被测物体表面，采集经过被测物体表面调制变形后的三张条纹光栅图像；6)对三张条纹光栅图像进行解相，获得初始包裹相位；7)对初始包裹相位进行调整，获得调整后的包裹相位和周期数；8)计算出全场相位，进行三维重建；本发明方法适用于多数传统相移测量轮廓术，在保留原方法的精度、优点和实验需求的情况下，大幅减少了投影所需的图像数量。

技术领域

本发明属于光学三维形貌测量技术领域，具体涉及一种基于包裹相位正反的结构光编码方法。

背景技术

现代科学技术不断发展，随着工业上对检测对象的需求增大，如何实现对被测物体智能、高速、高精度的测量是现阶段亟待解决的技术难题。为了解决这个问题，许多不同种类的三维测量技术由此诞生，在如工业流水线产品尺寸检测、逆向工程、虚拟现实等领域受到了广泛应用。

三维测量技术根据是否与被测物体接触可分为：接触式与非接触式。相比于接触式测量，非接触式测量有着无破坏性，高效率，工作距离大等优点。而在众多的非接触式三维测量技术中，基于面结构光的三维视觉重建拥有精度高、易于实现、实时性强等特点，其中相移测量轮廓术(PhaseShifting Profilometry)方法的面结构光三维重建技术更是受到众多研究者的重视，近年来成为视觉重建领域的研究热点。

面对工业对测量速度追求越来越高的现代，该相移测量轮廓术尚且存在一些问题，为了获取被测物体的相位信息，通常在单次测量中需要投射9幅光栅图像(三频3步方法)，其中真正需要展开的是最高频率下的包裹相位，而其余图像只是为了解包裹相位而投射，大量的待投射图像限制了相移测量轮廓术在现代工业中高速、实时环境中的测量应用。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于包裹相位正反的结构光编码方法，包括如下步骤：

1)搭建结构光测量系统。所述结构光测量系统包括计算机、相机、投影仪和被测物体。所述相机、投影仪可通信的连接于所述计算机。所述相机和投影仪分别布置在被测物体的前侧。

2)调整相机和投影仪的位置，待位置调整完毕后，对整个结构光测量系统进行标定，保存标定参数。

3)所述计算机生成待使用的随机正反序列，序列由0码与1码组成,其总长度为L＝2^m，对应于投影条纹的周期数，m为子序列的长度。

4)所述计算机根据生成的序列合成内含有正反序列信息的三张相移投影图像。

5)所述计算机将三张相移投影图像输出至投影仪。所述投影仪将三张相移投影图像投影到被测物体表面。所述相机采集经过被测物体表面调制变形后的三张条纹光栅图像，并输出至计算机。

6)所述计算机对三张条纹光栅图像进行解相，获得初始包裹相位φ_o(x,y)。解相公式如下：

式(1)中，I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)分别为相机采集的三张条纹光栅图像在像素坐标(x,y)上的灰度值。

7)所述计算机将初始包裹相位φ_o(x,y)中含有的正反序列信息与步骤3)中的正反序列进行对比，调整初始包裹相位φ_o(x,y)从而获得调整后的包裹相位φ_r(x,y)，以及包裹相位φ_r(x,y)各部分对应的周期数k。

8)所述计算机根据调整后的包裹相位φ_r(x,y)和周期数k，计算出绝对相位Φ(x,y)。