[发明专利]一种应用于结构光高速精确测量的错位复合编码方法

说明书

本发明公开了一种应用于结构光高速精确测量的错位复合编码方法，具体包括以下步骤：构建结构光三维测量系统；将正弦图案和相位编码图案以图像序列的形式投影到物体表面；由三步相移法获取正弦编码图案的包裹相位φ(x，y)；将测量位置划分为两个不同的区域；通过使用阶梯相位的值，获得相关条纹的阶次求解出测量位置的条纹阶次将每个条纹阶次细分为Lsubgt;1/subgt;、Lsubgt;2/subgt;、Rsubgt;1/subgt;、Rsubgt;2/subgt;四个不同部分，求出校正后的条纹阶次K(x，y)，最后得到绝对相位Φ(x，y)；本发明可抑制相位编码时相位不稳定区域的噪声和随机的阶次噪声的产生，同时保证了测量精度且有效地提高了测量速度。

技术领域

本发明涉及光学三维测量技术领域，具体为一种应用于结构光高速精确测量的错位复合编码方法。

背景技术

结构光三维测量具备非接触测量、测量精度高、实时性好的特点。作为光学测量的一个分支，编码结构光在近年来以其结构简单、鲁棒性高的特点被广泛应用于工业检测、人机交互、3D打印等多个行业的科学研究与商业应用中。

编码结构光系统由被测物体、投影设备、采集相机与计算机处理系统组成。在测量过程中，投影仪需投射两组不同的数字光栅于物体表面。由相机采集经过物体面型调制的光栅图像，再经计算机处理系统的解码与重构即可获得被测物体的三维信息。投射的两组数字光栅分别为相移数字光栅与编码数字光栅，该方法最显著的特点是编码数字光栅的编码长度与包裹相位的周期一一对应。相移数字光栅可通过相移法获得包裹相位值，编码数字光栅通过相应的解码算法可以解出包裹相位解包裹所对应的阶次值。基于编码的条纹投影轮廓测量法因其简单的结构、稳健性和潜在的高速度而被广泛使用。这种技术中最重要的步骤之一是正确地获得条纹阶次。然而，条纹阶次的获取往往存在一定的难度，特别是在相位跳跃区域周围。除此之外，由于现有的相位编码结构光技术还不够成熟，测量速度难以达到高速测量的预期要求。

在近十几年的研究过程中，有许多专家学者提出了一系列的解决方案试图对该问题进行解决。有些学者提出了自适应中值滤波器，可以缓解噪声的影响，并削弱邻近污染问题，但是该方法耗时长，仍需要在有关条纹投影轮廓技术测量的实时性方面进行更深入的研究。有些学者利用计算深度分割技术设计了保边滤波方法，该方法速度快、实时性好；但由于相位灵敏度分布不均匀，该技术在滤波的某些特殊情况下容易失败。有些学者通过在原始包裹相位图的基础上构建两个不同的交错包裹相位，开发了一种广义的三相相位解包裹方法，可以在避免相位不稳定区域的噪声的同时，保证测量速度。但是对于随机的阶次噪声的抑制并没有显著的效果。整体而言，目前还没有一种良好的方法可以在保证测量速度的同时，解决条纹阶次噪声引起的精度下降问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于结构光高速精确测量的错位复合编码方法，可抑制相位编码时相位不稳定区域的噪声和随机的阶次噪声的产生，同时保证了测量精度且有效地提高了测量速度。

为了实现上述目的，一种应用于结构光高速精确测量的错位复合编码方法，具体包括以下步骤：

S100、构建由投影系统、以及相机组成的结构光三维测量系统；

S200、将正弦图案和相位编码图案以图像序列的形式投影到物体表面；

S300、由三步相移法获取正弦编码图案的包裹相位φ(x,y)；

S400、通过对正弦编码图案的平均强度A_S(x,y)与区域分割的阈值T_h(x,y)作比较从而将测量位置划分为两个不同的区域；

S500、通过使用阶梯相位的值，获得相关条纹的阶次Ж(x,y)，进而在区域分割的基础上求解出测量位置的条纹阶次