[发明专利]基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型检测方法

摘要

本发明属于在线三维面型检测领域，特别是公开了一种基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型检测方法，解决了现有技术存在的问题，充分考虑在线三维面型检测对测量速度与精度要求的平衡性，提出基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型实时检测方法。通过傅里叶变换的方法获得被测物体的整体相位信息，将相位的梯度阈值作为图像特征参与相关运算得到相移条纹，对二值化相移梯度图膨胀得到物体表面陡变区域，最后采用最小二乘法迭代计算陡变区域的相位分布，用于修正FTP的计算结果以提高相位获取精度。

主权项

基于相位梯度阈值的流水线产品三维面型检测方法，其特征在于，检测过程按照以下步骤进行：步骤1)投影仪投影正弦光栅像于被测物体，CCD采集不同时刻的变形条纹图；当传送带上无被测物体时，CCD不同时刻拍摄到的条纹图不发生变化，其光强分布可表示为：I0(x,y)＝R(x,y)[A(x,y)+B(x,y)cosφ0(x,y)]   (1)式中R(x,y)为物体表面反射率，A(x,y)为背景光强，B(x,y)为条纹对比度,φ0(x,y)为条纹相位分布；当被测物体随传送带运动时，不同时刻CCD采集到的变形条纹图，其光强分布可表示为：Ii(x,y)＝R(x,y)[A(x,y)+B(x,y)cosφi(x,y)]i＝1,2,...M   (2)式中φi(x,y)为物体表面变形条纹的相位分布，物体运动使其像在每帧变形条纹图中的位置不同，产生的相位调制的分布也不同，用下标i区别，M表示拍摄帧数；步骤2)相位获取与相位修正：a、用傅里叶变换的方法计算每帧条纹中物体高度引起的相位变化φi(x,y)：对式(2)作傅里叶变换，滤出+1级基频分量，再作逆傅里叶变换可得：gi(x,y)=R(x,y)·B(x,y)2exp[j·φi(x,y)]---(3)]]>对参考面上CCD获得的光强分布(1)做同样的运算得到：g0(x,y)=R(x,y)·B(x,y)2exp[j·φ0(x,y)]---(4)]]>因此由物体高度引起的相位变化为：Δφi(x,y)=φi(x,y)-φ0(x,y)=lm{ln[gi(x,y)g0*(x,y)]}---(5)]]>其中lm{}表示取复数的虚部，*表示共轭运算；b、计算相位变化的梯度，根据梯度变化将物体划分区域，得到陡变区域模板；以Δφi(x,y)的梯度分布为依据，实现测量物体陡变区域的划分，对Δφi(x,y)的梯度进行阈值，得到二值化的相位梯度图：Δφgi(x,y)==1grad[Δφi(x,y)]≥T=0grad[Δφi(x,y)]<T---(6)]]>其中grad[·]表示梯度运算，T为根据系统标定获得，然后对Δφgi(x,y)进行膨胀，即可得到陡变区域模板图Maski(x,y)；c、对二值化相位图做相关运算得到物体位移；截取二值化相位梯度图Δφgi(x,y)的特征区域，分别与M帧二值化相位梯度图做相关运算，计算最大相关点的坐标差可以得到物体位移；d、将物体位移转换为条纹的相移，得到相移条纹图；根据陡变区域模板采用最小二乘法迭代计算陡变区域处由物体高度引起的相位变化；将拍摄到的M帧相移条纹图与其对应的陡变区域模板相乘，得到陡变区域条纹图：I′i(x,y)＝Ii(x,y)·Maski(x,y)   (7)相邻N帧分为一组，对陡变区域条纹图进行分组，根据物体位移对条纹图进行裁剪，实现各组不同变形条纹图中物体的像素坐标一致，同时也将物体位移转换成相移条纹，将得到的相移条纹图用最小二乘法迭代的方法计算物体陡变区域的相位变化；e、用陡变区域相位对式(5)进行修正，提高相位获取精度；用d中计算出的陡变区域相位变化替换式(5)中的陡变区域处的相位变化，提升相位获取精度；步骤3)通过系统标定获得物体的X，Y方向信息，并将相位信息转换为深度信息Z。