一種非均勻條紋分段生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非均勻條紋分段生成方法，該方法在傾斜投影系統(tǒng)中能夠在參考平面上得到周期均勻的條紋。將該方法進(jìn)一步改進(jìn)以適用于雙頻投影，解決使用分段非均勻雙頻條紋相位展開不連續(xù)現(xiàn)象。本發(fā)明具體實現(xiàn)方法是，在硬件基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)軟件按照本發(fā)明設(shè)計的非均勻條紋分段生成方法進(jìn)行編程，得到系統(tǒng)所需要的分段非均勻條紋圖形，由投影到參考平面上得到均勻條紋，提高三維測量的精度。將非均勻條紋分段生成方法應(yīng)用到雙頻投影中時，會造成相位展開不連續(xù)的現(xiàn)象，因此又進(jìn)一步提出了半級數(shù)移動法解決這一問題，使得非均勻條紋分段生成方法的使用范圍得到了推廣。
【專利說明】一種非均勻條紋分段生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)器視覺【技術(shù)領(lǐng)域】相位測量輪廓術(shù)，具體為利用計算機(jī)編程得到多幅 相移條紋，由投影儀分別向參考平面和被測物體投影這些條紋，由CCD相機(jī)拍攝條紋圖案， 由計算機(jī)先后計算得到截斷相位和展開相位，最后由計算機(jī)按照一定的算法計算得到物體 的三維形貌技術(shù)。本發(fā)明主要涉及其中的計算機(jī)編程得到相移條紋，尤其涉及投影儀傾斜 投影，CCD相機(jī)垂直拍攝的精密測量系統(tǒng)中所需要的條紋。

【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)器視覺領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)光測量法作為主要的三維立體視覺測量方法，在工業(yè)檢測、 逆向工程、快速原型模具、醫(yī)學(xué)、文物保護(hù)等方面得到了廣泛的發(fā)展。在傳統(tǒng)的光柵投影三 維測量技術(shù)中，通常采用傾斜投影、垂直攝像的系統(tǒng)模型。
[0003] 現(xiàn)有的三維成像系統(tǒng)投影均勻條紋，由于相機(jī)和投影儀的光軸不平行，因此投影 均勻條紋時，在與成像光軸垂直的平面上得到的是非均勻條紋。郝煜棟等人分析了光柵 投影三維測量中的投影條紋誤差，對投影的條紋采用二次方程進(jìn)行近似，從而減小誤差。 David Towers等人將非均勻條紋應(yīng)用到攝像機(jī)標(biāo)定以及三維測量的四步相移法，以虛擬平 面作為橋梁，建立虛擬平面和投影儀投影面之間條紋周期的對應(yīng)關(guān)系，投影到參考平面上 獲得均勻條紋，使得被測物體深度和相位之間的關(guān)系與像素位置無關(guān)，但是這種方法需要 精確移動的平板來確定方法中必要的參數(shù)，操作過程復(fù)雜。羅茜更簡明的闡述了非均勻條 紋的生成原理以及減小的測量誤差，但是只分析了投影儀光軸與參考平面交點向CCD相機(jī) 一側(cè)的誤差及非均勻條紋生成原理，并將其應(yīng)用到了所有的條紋生成中，使得另外一側(cè)條 紋的周期誤差更大。伏燕軍等將條紋周期校正方法應(yīng)用到了復(fù)雜大物體三維測量中，與五 步相移法以及時間相位展開方法結(jié)合，條紋圖像滿足Φ (X") = 2 π fF(L，d，N，X")，其中L， d，x"與本發(fā)明含義一致，N表示投影儀投影放大倍數(shù)，但并未按照分段理論生成非均勻條 紋，也未解決相位展開過程中相位不連續(xù)的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種非均勻條紋分段生 成方法，該方法具有設(shè)計簡單，使用方便，適用范圍廣等特點。
[0005] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：設(shè)計一種非均勻條紋分段生成方法，其 特征在于該方法用于采用空域相位展開方法時的投影正弦光柵條紋的三維測量系統(tǒng)中，包 括以下步驟：
[0006] 1).首先，搭建三維測量系統(tǒng)：實現(xiàn)CCD相機(jī)的光軸垂直于參考平面；投影儀投影 光軸和相機(jī)光軸共面，且相交于參考平面；投影儀出瞳距離和相機(jī)入瞳距離與參考平面的 垂直距離相等；
[0007] 2).其次，標(biāo)定三維測量系統(tǒng)：確定投影儀光心和相機(jī)光心與參考平面之間的垂 直距離L以及二者之間的水平距離d ;
[0010]
[0008] 3).再次，確定投影條紋圖像的橫向分辨率Μ及條紋頻率f ;[0009] 4).然后，通過計算機(jī)按照下述（a)、（b)公式計算，

【權(quán)利要求】
1. 一種非均勻條紋分段生成方法，其特征在于該方法用于采用空域相位展開方法時的 投影正弦光柵條紋的三維測量系統(tǒng)中，包括以下步驟： 1) .首先，搭建三維測量系統(tǒng)：實現(xiàn)CCD相機(jī)的光軸垂直于參考平面；投影儀投影光軸 和相機(jī)光軸共面，且相交于參考平面；投影儀出瞳距離和相機(jī)入瞳距離與參考平面的垂直 距離相等； 2) .其次，標(biāo)定三維測量系統(tǒng)：確定投影儀光心和相機(jī)光心與參考平面之間的垂直距 離L以及二者之間的水平距離d ; 3) .再次，確定投影條紋圖像的橫向分辨率Μ及條紋頻率f ; 4) .然后，通過計算機(jī)按照下述（a)、（b)公式計算，
得到η組相位差為2 π /n的像素與相位之間的分段關(guān)系，其中X"表示投影圖案上某一 點的橫向像素坐標(biāo)，F(xiàn)(M，L，d，X")是與M，L，d，X"相關(guān)的分段函數(shù)； 5) .最后，通過下述（c)式將相位轉(zhuǎn)化為圖像像素的灰度，從而得到灰度按照正弦變化 的η幅分段非均勻條紋相移圖；
2. -種非均勻條紋分段生成方法，其特征在于該方法用于采用雙頻相位展開法時的投 影正弦光柵條紋的三維測量系統(tǒng)中，包括以下步驟： 1) .首先，搭建三維測量系統(tǒng)系統(tǒng)：實現(xiàn)CCD相機(jī)的光軸垂直于參考平面；投影儀投影 光軸和相機(jī)光軸共面，且相交于參考平面；投影儀出瞳距離和相機(jī)入瞳距離與參考平面的 垂直距離相等； 2) .其次，標(biāo)定三維測量系統(tǒng)：確定投影儀光心和相機(jī)光心與參考平面之間的垂直距 離L以及二者之間的水平距離d ; 3) .再次，確定投影條紋圖像的橫向分辨率M，根據(jù)多頻外差原理公式（d)確定條紋頻 率和f2，其中Pi和P 2分別為所述頻率和f2對應(yīng)的條紋周期，P = 1/f，W為條紋圖案 橫向總像素數(shù)，α =arctan(d/L)為投影儀光軸和相機(jī)光軸夾角；
4) .然后，將頻率4和&分別代入公式（a)中，得到兩組圖像像素和相位之間的分段 函數(shù)關(guān)系，其中X"表示投影圖案上某一點的橫向像素坐標(biāo)，F(xiàn) (M，L，d，x〃）是與M，L，d，X"相 關(guān)的分段函數(shù)； 5) .最后，再通過下述公式（e)或（f)，即
得到2η組相位差為2 π /n的像素與相位之間的分段關(guān)系；其中，K取1，表示條紋移動 級數(shù)；進(jìn)而通過（g)式，即
將相位轉(zhuǎn)化為灰度按正弦規(guī)律變化圖形，得到頻率為fj的η幅灰度按正弦規(guī)律變化的 條紋圖；Κ取1時，使用空域相位展開方法對所得條紋圖進(jìn)行相位展開，判斷相位展開結(jié)果 是否連續(xù)；如果不連續(xù)使Κ = Κ+1，直至相位展開結(jié)果連續(xù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均勻條紋分段生成方法，其特征在于該方法對條紋進(jìn)行半 級數(shù)移動后，應(yīng)用于雙頻解相位展開方法中，或者繼續(xù)擴(kuò)展，應(yīng)用到多頻解相位方法中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非均勻條紋分段生成方法，其特征在于該方法應(yīng)用于三維測 量系統(tǒng)中的生成條紋。
【文檔編號】G01B11/25GK104154879SQ201410404594
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】戴士杰, 易丹, 李偉超 申請人:河北工業(yè)大學(xué)