[发明专利]一种自适应获取虚拟平面的相位解包裹方法

说明书

本发明公开了一种自适应获取虚拟平面的相位解包裹方法，仅采集一幅线阵结构光图像确定虚拟参考平面，无需通过人工测量的方式确定虚拟平面位置，结构简单；用投影仪投射一组线阵结构光，相机采集一幅图就可以判定被测物体的深度信息，由于线阵结构光由多条高亮度光线组成，需要通过图像预处理和最近邻搜索算法消除线条匹配错误的问题，本方法的三角法原理解决了该问题。利用虚拟平面上定义的最小绝对相位图进行解包裹操作进行相位解包裹，条纹级数的判定精度较高，抗噪能力较强，测量速度和解包裹质量得到提高。

技术领域

本发明属于三维测量领域，具体地说，是一种自适应获取虚拟平面的相位解包裹方法。

背景技术

如何高效地进行相位解包裹一直是数字条纹投影技术领域的研究热点。传统的时间相位解包裹需要更多额外的条纹图案信息来确定条纹级数，解包裹效率不高，不利于高速三维测量。研究人员通过添加额外相机从不同角度获取具有相同相位的点进行匹配，这种方法降低了传统双目相机的立体匹配难度，但是考虑到条纹的周期性，需要全局向后和向前检查，获取到正确的匹配点，计算速度较慢，对两个相机和一个投影仪的系统标定要求极高，对于表面急剧变化的物体测量难度较大，适用面较窄，系统的成本和复杂度提高。后来研究人员提出利用结构光几何约束展开相位的方法能实现快速的三维测量，参考建立在虚拟平面位置的绝对相位图进行相位解包裹，这种方法采集图像数量少，对硬件的要求低，且条纹技术根据最小绝对相位来确定，对噪声不明感，鲁棒性强。但是这种方法需要事先通过人工测量的方式确定虚拟平面位置，对不同测量物体的适应性不强，每次测量都需要通过人工测量的方式确定虚拟平面位置，不利于快速三维形貌的测量。

具体实施方式

针对虚拟平面位置无法自适应确定的弊端，提出了一种自适应获取虚拟平面的相位解包裹方法，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种自适应获取虚拟平面的相位解包裹方法，包括如下步骤：

1)、利用投影仪投射线阵结构光到物体表面，经过图像处理及骨架化获得物体大致轮廓，获取物体表面最高点的位置信息，快速自适应确定虚拟平面位置；

2)、借助标定后的参数，根据高度-相位的映射关系在虚拟平面位置建立最小绝对相位；

3)、用投影仪向物体表面投射数字条纹，得到包裹相位；

4)、借助在虚拟平面上建立的最小相位来辅助包裹相位进行相位展开；

5)、利用解包裹相位，利用相位-高度的映射关系实现三维重建。

作为进一步地改进，本发明所述的虚拟平面与物体表面无限接近且不重合。

作为进一步地改进，本发明所述的步骤1)中，具体步骤为，用投影仪投射一组线阵结构光，相机内的电荷耦合器件采集一幅图来判定被测物体的深度信息，所述的深度信息通过以下公式求得：

其中，S为所求待测物体表面深度信息，S'为相机内的电荷耦合器件内像素偏移量，f为相机内的电荷耦合器件焦距，α为成像透镜中轴线OA与物体表面法线的夹角，β为相机内的电荷耦合器件与成像透镜中轴线OA的夹角，γ为结构光发生器中轴线与物体表面法线的夹角，b为成像透镜主平面到物体表面光点的距离，a为成像透镜主平面到电荷耦合器件的距离；

通过以上求得的深度信息S，即可获知表面最高点的信息Z_min。

作为进一步地改进，本发明所述的步骤1)中，所述的虚拟平面的位置Z^w为：

Z^w＝Z_min+ΔZ (2)

ΔZ为余量，根据物体测量高度和实际高度误差确定。