[发明专利]一种条纹投影三维测量非线性误差校正方法

说明书

本发明公开了一种条纹投影三维测量非线性误差校正方法，包括：步骤S1：搭建一个条纹投影三维测量系统，投影仪、摄像机和被测物体三者构成三角测量关系；步骤S2：投影仪依次投射N幅彩色条纹图案至被测物体表面；步骤S3：摄像机采集被测物体调制后的彩色条纹图像；假设理想情况下，彩色条纹表示为I_n(x,y)；非线性无颜色串扰影响下，彩色条纹表示为I′_n(x,y)；非线性有颜色串扰影响下，彩色条纹表示为I″_n(x,y)；步骤S4：通过设置合适的加权系数α，计算非线性有颜色串扰影响下红色通道条纹I″_n,r(x,y)和蓝色通道条纹I″_n,b(x,y)的加权条纹I″_n,a(x,y)；步骤S5：采用N步相移算法计算加权条纹I″_n,a(x,y)的实际相位分布φ″_a(x,y)；因为加权条纹I″_n,a(x,y)的第2次谐波振幅为零，使得其实际相位分布φ″_a(x,y)的非线性误差Δφ″_a(x,y)大幅降低。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，具体地说，本发明涉及一种条纹投影三维测量非线性误差校正方法。

背景技术

条纹投影三维测量具有非接触、精度高、速度快等优点，已广泛应用于各个领域，如工业检测、逆向工程、虚拟现实等。然而，条纹投影系统的Gamma非线性会使相移条纹图像失真，从中计算出的相位分布存在周期性误差，进而导致三维测量误差。

因为N步相移法的非线性误差周期为对应条纹周期的N倍，部分学者通过双N步相移法计算出两个具有π/N相移的相位，并求取平均相位来补偿非线性误差，但该方法需要采集2N幅条纹图像，并计算两个相位的平均相位，影响条纹投影系统测量速度。

另外，部分学者通过对N步相移条纹进行希尔伯特变换生成另一组相移条纹，计算两组相移条纹的平均相位来校正非线性误差，但该方法涉及到频域运算，计算量偏大，鲁棒性一般。

此外，部分学者通过预标定过程，如建立相位-误差映射表、估计Gamma值等来校正非线性误差，但这类方法需要提前标定系统，灵活性差。

综上所述，如何校正条纹投影系统的非线性误差具有重要的实际意义。

发明内容

本发明提供一种条纹投影三维测量非线性误差校正方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种条纹投影三维测量非线性误差校正方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：搭建一个条纹投影三维测量系统，包括投影仪和摄像机，所述投影仪和摄像机同步触发开启工作，投影仪、摄像机和被测物体三者构成三角测量关系；

步骤S2：投影仪依次投射N幅彩色条纹图案至被测物体表面，其中彩色条纹图案的红色通道编码余弦条纹蓝色通道编码正弦条纹绿色通道不编码任何信息，直接置零；

步骤S3：摄像机采集被测物体调制后的彩色条纹图像；假设理想情况下，彩色条纹表示为I_n(x,y)；非线性无颜色串扰影响下，彩色条纹表示为I′_n(x,y)；非线性有颜色串扰影响下，彩色条纹表示为I″_n(x,y)；

步骤S4：通过设置合适的加权系数α，计算非线性有颜色串扰影响下红色通道条纹I″_n,r(x,y)和蓝色通道条纹I″_n,b(x,y)的加权条纹I″_n,a(x,y)；