[发明专利]一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法

说明书

本发明公开了一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，包括：步骤S1：搭建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；步骤S2：投影仪投射彩色条纹图案到被测物体表面；彩色相机捕获经被测物体表面扭曲的彩色条纹图案；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：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)；步骤S7：对矫正后的包裹相位φ^c(x,y)解包裹获得绝对相位Φ(x,y)，然后进行物体表面的三维重建。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，具体地说，本发明涉及一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法。

背景技术

彩色条纹投影的三维测量方法具有测量速度快且所需投射的条纹图像幅数少的优点，十分适合应用在高动态的测量场景中。但是由于彩色相机和投影仪的相邻颜色通道之间存在颜色串扰现象，这会严重影响测量结果的准确性。因此，为了获得可靠的测量结果需要对串扰导致的非线性误差进行矫正。

目前，针对串扰误差矫正提出了很多方法。例如通过额外的预校准信息对误差进行补偿，此类方法虽然测量速度较快，但是当测量系统发生变化时需要重新进行预校准，因此对测量环境具有一定的局限性(Optik,2016,127(4):2074-2082；Journal of Optics,2020,22(9):095702)；结合希尔伯特变换等频域变换的方法来补偿误差，但该类方法对高度差较大的物体表面测量效果很差(Optics Letters,2020,45(8):2199)；通过额外投射条纹图案或者增加其他参考面信息对误差进行矫正，这些方法虽然有不错的测量精度，但是增加条纹图案幅数会降低测量速度(Journal of Optics,2020,22(3):035705)。

综上所述，基于彩色条纹投影的三维测量方法急需一种快速方便的误差矫正方法，使其在高速测量场景中即保证测量速度又能获得可靠的测量结果。

发明内容

本发明提供一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，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：一种彩色条纹三维测量中的串扰误差矫正方法，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；