[发明专利]基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法

摘要

本发明涉及一种基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法，该方法提出将双目立体匹配技术应用于基于傅里叶变换法的三维形貌测量中，避免复杂的相位展开过程，无需投影仪标定，可以达到亚像素级精度的匹配结果。双目立体匹配技术用于实现粗糙匹配，得到初步视差图，随后用此初步视差图作为约束条件用来对傅里叶变换法得到的包裹相位图进行相位匹配，最后生成三维点云图。本发明不需要任何空间或时间的相位展开过程，简化算法复杂度，同时避免相位展开带来的误差。本发明不需要投影仪标定过程，避免复杂的投影仪标定可以使得测量过程更加简化，同时又能避免投影仪标定带来的误差，尤其是在快速三维测量技术方面，具有很大的发展前景。

主权项

一种基于傅里叶变换无需相位展开的快速三维形貌测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1、建立双目立体视觉检测平台，主要包括两台平行放置的工业相机以及专业投影仪设备；步骤2、对工业相机进行立体标定，得到相机标定参数，用于双目立体矫正过程；步骤3、在不使用任何主动光源的条件下，同时拍摄获取左右相机图像，称之为左右原图；步骤4、用专业投影仪投射设计好的结构光图案，然后同时拍摄获取左右相机图像，称之为左右结构光条纹图；步骤5、利用步骤3得到的左右原图，采用被动立体匹配算法得到初步视差图；步骤6、利用步骤4得到的左右结构光条纹图，采用傅里叶轮廓技术得到包裹的相位图；步骤7、将步骤5得到的初步视差图作为约束条件，对步骤6得到的包裹相位图采用局部相位匹配方法进行相位匹配，得到像素级的相位匹配视差图；步骤8、对步骤7得到的匹配结果运用线性比例关系进行视差精细化处理，得到亚像素级精度的视差匹配结果；步骤9、将步骤8得到的亚像素级精度的视差结果生成三维点云图，显示三维形貌结果；步骤8中采用线性比例思想求解亚像素级精度的相位匹配结果，这一过程主要分为两种情况来求解；情况一：像素级匹配点在初步匹配点右边；亚像素级精度视差横坐标由如下公式计算：公式(2)中，各个参数的含义分别是：tsub_pixel指亚像素级 最佳匹配点对应的横坐标；t指初步匹配点横坐标；tmin指像素级 最佳匹配点对应的横坐标；情况二：像素级匹配点在初步匹配点左边；亚像素级精度视差横坐标由如下公式计算：公式(3)中，各个参数的含义分别是：tsub_pixel指亚像素级 最佳匹配点对应的横坐标；t指初步匹配点横坐标；tmin指像素级 最佳匹配点对应的横坐标；最终亚像素级视差dpsub_pixel利用如下公式算得：dpsub_pixel＝tsub_pixel–x    (4)x为与左相位图对应的右相位图横坐标。