[发明专利]一种面结构光三维成像技术中的相位非线性误差补偿方法

权利要求书

1.一种面结构光三维成像技术中的相位非线性误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过投影仪向被测物体的表面投射条纹图像，相机采集变形条纹图像，利用最小二乘法拟合出误差，得到相位主值最小二乘解分析后，获得二次谐波与一次谐波比值；

采用四步相移算法获取相位信息，并带入二次谐波与一次谐波比值中，获得包含伽马值的高次谐波分量比值；

根据离散傅里叶变换获取谐波分量，一般伽马取值在0-3之间，将不等于1的伽马值预先编码至条纹图像中，获得调制后的谐波分量，计算出投影仪投射条纹图像中每一个像素预先调制的伽马值；

将计算得到的预先调制的伽马值以及反射率加载至投影仪的投射条纹算法中，通过投影仪再投射M幅条纹图像，其中M不小于5，利用相机和投影仪灰度值建模和最小二乘法逼近技术，获得投影仪投射条纹图像中每一个像素准确的伽马值并通过准确的伽马值对投影仪的原始条纹图像进行校正。

2.根据权利要求1所述的一种面结构光三维成像技术中的相位非线性误差补偿方法，其特征在于，所述通过投影仪向被测物体的表面投射条纹图像，相机采集变形条纹图像，利用最小二乘法拟合出误差，得到相位主值最小二乘解分析后，得到二次谐波与一次谐波比值，具体包括如下步骤：

假设投影仪向被测物体的表面投射的条纹图像光强是标准正弦分布，则光栅图像表示为：

其中，A^C为图像平均灰度值，B_j调制正弦灰度值，A_j调制余弦灰度值，相位主值为则相位主值的最小二乘解为：

其中，P为光栅图像的最高次谐波，δ_i为相移，实际测量系统中最多包含5次谐波，即P最高为5，因此至少需要七次相移才可以精确计算出相位主值，I_i第i幅图像灰度值；

由于实际测量系统中，存在伽马非线性响应，引入了高阶谐波信息，使用伽马参数描述归一化的光栅图像为：

其中，λ是投影仪的伽马值，x,y为像素坐标值，利用二次多项式进行展开，可知二次谐波与一次谐波比值为：

通过该比值可以得出，|B_k|＞|B_k+1|，k为谐波分量的次数，谐波幅值随着k的增大而快速减小，投影仪投射出的条纹图像的高次谐波不会无限增加。

3.根据权利要求1所述的一种面结构光三维成像技术中的相位非线性误差补偿方法，其特征在于，所述谐波分量可以表示为：

式中，σ为模糊程度，γ为伽马值，γ′为预先调制的伽马值，f₀为特定像素频域值。

4.根据权利要求1所述的一种面结构光三维成像技术中的相位非线性误差补偿方法，其特征在于，所述反射率的获取方法，包括如下步骤：

计算被测物体的双向反射分布函数；

进行多次测量并通过最小二乘法拟合归一化后，获得在特定亮度的被测物体的反射率。