[发明专利]一种基于相位编码的四帧快速三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于相位编码的四帧快速三维测量方法，由相移法原理、量化相位编码法原理和相位解包裹原理三大关键部分组成。具体步骤包括：利用计算机生成三幅正弦条纹图和一幅相位编码图；在(0,π)上设计特定的编码序列来调制量化编码相位，特定编码序列可以在增大码字数目的同时有效提高解码的正确率；利用三幅正弦条纹图求解出包裹相位，一幅嵌入特定编码序列的相位编码条纹图求解出阶梯相位；利用特定算法连接分段的条纹级次，最终恢复出正确的连续条纹级次，进而得到物体的绝对相位。本发明只需四幅图就能实现物体的三维重建，大大提高了测量速度，在快速测量和动态测量领域具有潜在的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明涉及一种相位编码的光学三维重建测量方法，属于光电检测技术领域，具体涉及一种基于相位编码的四帧快速三维测量方法。

技术背景

现代各个行业及领域对精确、快速获取物体三维形貌的需求日益增加，三维形貌测量技术在从制造到医学等众多领域都发挥着重要作用。在众多获取物体的三维信息方法中，光学的三维测量技术由于其非接触性、高分辨率和高速的优势而被广泛应用，逐渐成为三维形貌测量领域的趋势。随着光电子技术的崛起，光学检测已发展为以光学为主，并与信息科学、空间科学、精密仪器制造及计算机科学等学科紧密交叉和相互渗透的技术。

通过对国内外研究现状及发展动向的分析研究，传统的三维测量技术己经发展较为成熟，但物体三维形貌的快速和高精度测量技术一直是一项具有挑战的任务。近年来快速、实时和高精度的三维测量在许多应用领域至关重要，例如：工业检测及制造、虚拟现实、生物医疗、逆向工程等方面都有着广泛的应用。因此如何开展快速、实时和高精度的三维测量已经成为了当前研究的兴趣和热点，即：如何采用更少的条纹投影图精准的求解待测物体的绝对相位。在传统相位编码测量方法中，至少需要六幅条纹图像，才能求解出绝对相位，其图像信息的数据处理时间长，大大降低了测量速度。

本发明提出一种基于相位编码的四帧快速三维测量方法，其中涉及一种快速相位解包裹方法，只需要四幅条纹图即可求解出绝对相位，相比于传统的相位编码方法，具有较高的测量速度。其次本方法在(0,π)设计特定的编码序列调制量化编码相位，在增大码字数目的同时有效提高解码的正确率，在快速测量和动态测量领域中具有潜在的应用前景和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于相位编码的四帧快速三维测量方法，其中涉及一种快速相位解包裹方法，此方法只需投影三幅正弦相移条纹图和一幅相位编码条纹图即可求解绝对相位，在测量速度上有了明显的提高，在快速测量和动态测量领域中具有潜在的应用前景和实用价值。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案，该方法包括下列步骤：

步骤一：利用计算机生成三幅正弦条纹图和一幅相位编码条纹图；

步骤二：利用特定的编码序列在(0,π)上对编码相位进行调制量化，将特定编码序列嵌入一幅相位编码条纹图中，再通过相机采集投影到被测物体上的正弦条纹图和相位编码条纹图；

步骤三：利用三幅正弦条纹图得到物体的包裹相位，利用一幅嵌入特定编码序列的相位编码条纹图得到阶梯相位，再利用特定算法连接分段条纹级次，最终恢复出正确的连续条纹级次，进而求得物体的绝对相位；

步骤四：通过获得的绝对相位，在利用相位-高度公式求得物体的真实高度信息。

优选的，所述步骤一具体为：利用计算机生成三幅相移分别利用计算机生成三幅相移分别为-2 π /3 、 0 、 2 π /3 的正弦条纹图I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)和一幅相位编码条纹图I₄(x,y)，所述三幅正弦条纹图和相位编码条纹图的光学表达式分别为：