[发明专利]一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法

权利要求书

1.一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：搭建一个彩色条纹投影三维测量系统，包括计算机、投影仪和彩色相机，所述投影仪和彩色相机同步触发开启工作，投影仪、彩色相机和被测物体三者构成三角测量关系，系统已完成相位值和高度差转化关系的标定；

步骤S2：通过计算机将三步相移条纹编码到彩色图像的R、G、B通道中生成一幅彩色条纹图案，并由投影仪投射该图案到被测物体表面；与此同时，通过彩色相机捕获经被测物体表面扭曲的彩色条纹图案，并由计算机提取出三个通道中的条纹图像信息；

步骤S3：通过步骤S2提取的条纹图像信息并结合三步相移法计算出受到颜色通道串扰影响的包裹相位φ^d(x,y)；

步骤S4：因为受到颜色通道串扰影响的包裹相位φ^d(x,y)和极坐标中极角值的取值范围都为0到2π，所以将步骤S3得到的受到颜色通道串扰影响的包裹相位φ^d(x,y)作为极角值，绘制出受到颜色通道串扰影响的包裹相位φ^d(x,y)在极坐标系下对应的弦分布图；

步骤S5：通过平均弦分布图中的夹角来均衡化弦长分布；

步骤S6：将均衡化后的弦分布图还原为矫正后的包裹相位φ^c(x,y)，其值概率分布是完全均匀的；

步骤S7：利用相位展开算法对矫正后的φ^c(x,y)解包裹获得绝对相位Φ(x,y)，然后根据相位值和高度差的转化关系将绝对相位Φ(x,y)转化为高度信息，并进行物体表面的三维重建。

2.根据权利要求1所述的一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：所述步骤S2中三个通道中的条纹图案的光强表示为：

I_r(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ^d(x,y)-2π/3]；

I_g(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ^d(x,y)]；

I_b(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ^d(x,y)+2π/3]；

式中：(x,y)表示相机坐标；I_r(x,y)、I_g(x,y)、I_b(x,y)分别表示R、G、B三个通道中的条纹图像强度；A(x,y)、B(x,y)分别表示背景光强和调制光强；φ^d(x,y)表示受到颜色通道串扰影响的包裹相位。

3.根据权利要求1所述的一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：所述步骤S3中三步相移法求解受到颜色通道串扰影响的包裹相位φ^d(x,y)可以表示为：

4.根据权利要求1所述的一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：所述步骤S4中极坐标系下弦分布图中极坐标的极经均为1，极角等于包裹相位值，弦为相邻极坐标点之间的连线。

5.根据权利要求1所述的一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：所述步骤S5中用夹角均衡化弦长分布的依据是：在极经一定时，弦长完全由其对应的夹角大小决定，所述夹角由构成每条弦的两个极坐标的极角值相减获得，所述平均弦分布图中的夹角采用的方法是计算所有的夹角值，然后求夹角的平均值。

6.根据权利要求1所述的一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：所述步骤S7中解包裹的计算过程为：

Φ(x,y)＝φ^c(x,y)+2πK(x,y)；

式中：K(x,y)表示条纹级次，可通过相位展开算法求得。

7.根据权利要求1所述的一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，其特征在于：所述步骤S5中均衡化弦长分布的过程可分为以下几个子步骤：

步骤S51：提取弦分布图中的极角值构成极角序列θ_i，并根据包裹相位值添加到弦分布图中的顺序对θ_i进行编号；注意，所述编号用于将均衡化后的弦分布图转化为包裹相位图；

步骤S52：对θ_i升序排列得到θ_i'；注意，编号将始终记录序列θ_i中各个元素的位置，并跟随元素在序列中的位置变动而变动；

步骤S53：计算θ_i'中的夹角平均值其中，所述夹角平均值/可以计算为：

式中：m表示θ_i'中的极角值总数；

步骤S54：利用生成极角序列θ”_i；其中，所述极角序列θ”_i可计算为：

步骤S55：按照步骤S51中的编号重新排列θ”_i；

步骤S56：根据步骤S55中重新排列后的θ”_i生成弦分布图；其中，所述

弦分布图中的极坐标M₁应当对应重新排列后的θ”_i中编号为1的极角值，M₂应当对应编号为2的极角值，依此类推。