[发明专利]一种条纹绝对相位展开方法

说明书

本发明公开了一种条纹绝对相位展开方法，以适用于动态三维测量的傅里叶变换轮廓术的空间相位展开法从包裹相位中获得连续相位为基础。本发明通过嵌入两个具有完全相反强度的标记，可以补偿空间展开相位与真实绝对相位之间的差异从而得到真实绝对相位，可以解决掉传统的傅里叶变换轮廓术由于起始参考条纹顺序未知从而不能保证空间展开相位与真实绝对相位一致的问题，然后再根据绝对相位图与深度信息之间的关系获得正确的深度信息。本方法不需要投射多余的图案就可以得到所需要的绝对相位信息，且对运动的敏感性较低，可以较好的准确地实现动态高速三维测量。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种条纹绝对相位展开方法。

背景技术

近年来，微机电系统中材料和结构的机械测试对实现优化设计起着重要作用。同时，动态轮廓术在分析微尺度产品的行为时非常重要，如驱动过程中运动与驱动信号和形状的变化。条纹投影轮廓术(FPP)作为一种经典的三维形状测量技术，以其灵活性、非接触性和高精度等优点，被广泛应用于宏观物体的表面轮廓测量。高速照相机和数字投影技术的最新进展目前使得FPP能够在时间紧迫的情况下使用，例如动态、实时条件下，另一方面，高速、实时意味着显微样品的三维形貌测量在各个领域也变得越来越重要，例如在线检测和质量控制；近年来，条纹投影轮廓术(FPP)技术在微观表面形状动态三维测量领域显示出巨大的应用前景。在动态场景测量中应用FPP时，需要减少测量时间和图像采集次数，以最小化运动引起的测量误差。常用的相移方法需要至少三个相移正弦条纹图案来恢复。与相移法相比，傅里叶变换轮廓术(FTP)仅使用一幅或两幅图像就可以检索3D信息，这更适合于动态测量。然而，绝对相位值或未包裹相位值不能通过相移FPP或FTP直接获得，因为两种方法得出的相位值都包裹在(-π,π)的相位中，表示模2π的原始投影相位，固有的相位模糊进一步要求使用大量附加图案进行时间相位展开，这极大地限制了相移在时间关键条件下的应用。为了从包裹的相位图中获得连续的相位图，可以应用空间相位展开方法，而不需要额外的信息。然而，由于这些方法仅基于没有参考相位值的空间相邻像素的相位信息，因此它们不能正确且明确地确定周期数和绝对相位范围。换句话说，它只能产生相对于一个点的连续(但不是“绝对”)相位，该点通常是相位展开算法的起点，其绝对相位值仍然是不确定的。因此针对条纹投影轮廓术和傅里叶变换轮廓术存在的缺点而言，目前尚缺乏一种有效可靠快速地重构图像的绝对相位信息的方法。

发明内容

本发明公开了一种条纹绝对相位展开方法，以在不增加投影仪投影图案数的前提下，实现高速实时的动态三维测量。

本发明的技术方案如下：一种条纹绝对相位展开方法，步骤如下：

步骤一.用条纹图减平面图来消去基频项的方法来算出图像包裹相位Φ_w；

步骤二.用以质量为导向的空间相位展开法来获得图像的空间展开相位Φ′；

步骤三.找到两个嵌入标记的位置和空间展开相位值Φ′_m1，Φ′_m2；

步骤四.计算出两个标记位置所在条纹需要补偿的条纹阶数n1，n2；

步骤五.判断条纹阶数n1是否等于n2的值，并根据判断结果执行相应操作，根据得到的n值进行对空间相位的补偿来算出绝对相位Φ；

步骤六.根据绝对相位与深度信息之间的关系，计算出深度值。

优选的，步骤一中，传统的π相移法算包裹相位Φ_w，由如下公式表示：

I_p(x_p，y_p)＝a_p+b_pcos(2πfpx_p)