[发明专利]一种基于相移轮廓术的三步编码解相方法

说明书

本发明公开了一种基于相移轮廓术的三步编码解相方法，步骤包括：1)搭建结构光系统；2)调整相机和投影仪的位置，对整个结构光系统进行标定，保存标定参数；3)所述终端生成包含虚拟相移的三张光栅条纹图；4)所述终端将生成好的三张光栅图输出至投影仪；投影仪将三张光栅图投影到待测物体表面；相机采集待测物体表面的图像，并输出至终端；5)所述终端计算出包裹相位；6)所述终端计算出相移；最终通过绝对相位信息与标定参数计算待测物体表面点的三维坐标数据，完成待测物体的三维重建；本发明适用于所有的三维测量应用，和传统的三频四步相移相比，大大减少了投影图片的数量，达到高速测量的标准。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，具体涉及一种基于相移轮廓术的三步编码解相方法。

背景技术

近来，在医疗，工业，生物等领域高速三维测量的需求越来越大。因此对于三维测量方法的研究逐渐增加。目前来说三维测量的方法主要是分为两大类：接触式和非接触式。接触式以三坐标机为代表，因为其精度高重建性好得到了广泛的研究，但是接触式在一些特殊的环境中会有很大的限制。非接触式因为其不用接触、视角广、操作方便的优点得到了大量的研究。相移轮廓术作为非接触式三维测量中的一种，拥有高精度、高稳定性、无损等优势得到了研究者们的青睐。

相移轮廓术的操作步骤主要分为三步：1、生成包含信息的光栅图并投射到待测物体表面；2、用相机采集待测物体的表面信息传到电脑；3、电脑接收到图片进行信息提取进行重建。传统的三频四步相移法其中在计算过程中包括相移求包裹和三频外差展开相位。通过4张图片的相移法求到包裹相位，然后利用额外两种频率的包裹相位解开相位，也就是说需要额外的8张图片进行展开。大量的额外图片用来解开相位会降低采集的速率。在高速测量大量运用的今天，因图片的数量而导致速率降低使其在现代工业、医疗等高速测量领域受到了很大的限制。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于相移轮廓术的三步编码解相方法，包括如下步骤：

1)搭建结构光系统。其中，所述结构光系统包括终端、相机、投影仪和待测物体。所述相机和投影仪可通信的连接于所述终端。所述相机和投影仪分别布置在待测物体的两侧。

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

3)所述终端生成包含虚拟相移的三张光栅条纹图。光栅条纹图的公式如下：

式(1)中，I₁、I₂、I₃分别是三张光栅图中每个像素点的光强值，A是平均光强，B是调制光强，其中，T是设置的周期数，x是光栅图横向的像素坐标，1024是光栅图横向的总像素点。

4)所述终端将生成好的三张光栅图输出至投影仪。所述投影仪将三张光栅图投影到待测物体表面。所述相机采集待测物体表面的图像，并输出至终端。

5)所述终端对三张光栅图进行信息提取，计算出包裹相位

6)所述终端对光栅图中α信息进行提取，并计算出相移α。

7)所述终端对光栅图中A信息进行提取，并计算出A的数值。

8)所述终端根据相移α和包裹相位计算出与每个周期相对应的阶梯值k。阶梯值k计算公式如下：

9)根据阶梯值k和包裹相位对相位进行展开，得到待测物体(4)表面的绝对相位φ。绝对相位φ计算公式如下：

10)所述终端通过绝对相位φ信息与步骤2)获得标定参数计算待测物体表面点的三维坐标数据，完成待测物体的三维重建。

进一步，在步骤5)中，通过三角函数计算出包裹相位计算公式如下：