[发明专利]条纹图像能量提取方法、存储介质和能量提取系统

说明书

本发明提供了一种条纹图像能量提取方法、存储介质和能量提取系统，方案括通过投影仪将光强为I_n(x,y)条纹投射到漫反射白板上，并用相机拍摄条纹图像；求解条纹图像的包裹相位图；将包裹相位图通过欧拉公式转成cis格式，并进行傅里叶变换得到计算n倍相位的共轭傅里叶变换根据傅里叶正交性，定义并计算极次的交叉功率谱R；根据能量函数计算极次谐波的能量总和E，以此评价条纹投射的非线性响应。通过计算各极次的能量，就可知道条纹投射系统者整体的非线性响应主要被哪一极次的谐波影响，从而有助于系统设计者优化系统，减少谐波项的影响，提升相位求解精度。

技术领域

本发明属于3D图像数据生成及处理技术，涉及面结构光技术中的条纹投射技术，具体公开了一种条纹图像能量提取方法、存储介质和能量提取系统。

背景技术

条纹投射技术作为光学三维成像和测量中的重要分支，由于其具有极高的空间分辨能力，和极强的鲁棒性，广泛被用在工业高精度高度或者轮廓测量领域。条纹投射是将一组具有特定时间域，空间域，或者频率编码信息的条纹，通过计算机生成，或者光刻蚀到例如光栅上，然后通过特定的光源将其形态投射到物体表面，由于物体表面具有形貌信息，在空间域上会对条纹原来的形态进行调制，而载波即为物体的三维信息。继而再通过光强探测器例如相机来捕捉到被调制的条纹光。通过分析调制信号，来最终得到物体的三维形貌。

为了获得亚像素级的分辨能力，周期性正弦条纹由于其具有较好的单频特性，且通过投射前端添加物理透镜，可实现单频率的条纹投射，被广泛应用在高精度的3D传感器中。通过FTP(Fourier Transformation Profilometry)傅里叶变换轮廓术，来获得被调制信号的截断相位(wrapped phase)信息。再通过截断相位展开算法(phase unwrapping)获得解包相位，从而得到物体表面连续的相位分布图。但该方法由于使用了傅里叶变换，主要用来全貌的形状测量，对局部的高频信号提取较为困难。为了解决这个问题，学者们提出了小波变换轮廓术WTP(Wavelet Transformation Profilometry)，利用可由尺度伸缩变换的小波基作为积分项，从而实现了对局部信息的定位功能。但无论是傅里叶变换，还是小波变换，其假设前提为物体表面连续，如果物体出现阶段，例如阶梯，那么将会是毁灭性的，因为阶段会产生丰富的频率，导致整体频率被污染，从而无法获得准确的相位信息。

为了解决FTP和WTP存在对突变区域无法准确获得相位图的难题。学者们又提出了基于时间域的正弦相移信号编码算法(Sinusoidal Phase-shifting)。该算法建议投射N帧条纹图，帧间也满足正弦编码规则，然后根据帧间的光强信息，来恢复每个像素的相位。由于该算法没有涉及到空间域的FTP或者WTP操作，故其对物体形貌不敏感，即使在台阶下，依旧可以求解准确的相位信息。

虽然时间域编码对物体形貌具有较高的鲁棒性，但由于投影端投射多帧图像，且帧间需要满足光强正弦变化，要求投影对光强具有较好的线性响应特性。遗憾的是，大部分光源的线性度并不理想。从而导致高阶谐波的影响，发射的光强并非是单频信号。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种条纹图像能量提取方法、存储介质和能量提取系统，其能解决上述问题。

一种基于交叉功率谱的条纹图像能量提取方法，方法包括以下步骤：

步骤S1、通过投影仪将条纹光强为I(x,y)条纹投射到漫反射白板上，并用相机拍摄条纹图像，(x,y)为像素坐标；

步骤S2、求解条纹图像的包裹相位图；

步骤S3、将包裹相位图通过欧拉公式转成cis格式，并进行傅里叶变换得到其中，表示求解的相位值，带有符号^的变量表示观测值；

步骤S4、计算n倍相位的共轭傅里叶变换

步骤S5、根据傅里叶正交性，定义并计算极次的交叉功率谱R；