[发明专利]结构光三维视觉测量中正弦光栅的设计

说明书

技术领域

本发明涉及结构光三维视觉测量领域，特指正弦图样的投影光栅。

背景技术

在结构光三维视觉轮廓测量技术被广泛应用在CAD/CAM、逆向工程、快速原型及虚拟现实等领域中，其研究方法主要有莫尔轮廓术、位相测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术和空间位相检测等，上述的轮廓测量方法都需要向物体表面投射正弦图样，因而，正弦光栅的设计是保证三维轮廓测量精度的必要条件。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构光三维视觉测量中正弦光栅的设计方法。

该发明的技术方案为：使用空间维次最优宽度调制正弦波方法来设计正弦光栅，即使用高频三角波作为载波，空间维次最优宽度调制是将调制波                                                ，其中，M为载波幅值归一化时的调制深度，将区间分为长度相等的2N个区间(N为任意的正奇数)，其中，为调制波周期，以原点为起点对区间进行编号，编号为，各个区间与x轴的交点为：,则第号区间可以表示为：，设置三角波载波的频率为，相应的周期，幅值归一化，第j（可设j为偶数）个脉冲脉宽，第j+1个区间脉宽为，每个三角波周期内对应有一个低幅值脉冲宽度为，一个高幅值脉冲宽度为，,（i为[0,N-1]之间的正整数），在空间轴上的起点、终点可以表示为、。

经空间维次最优宽度调制后可形成的不等间距二进制条纹，使用该二进制条纹刻制光栅。

该发明的效果在于：由于使用空间次最优宽度调制方法设计并刻制正弦光栅，使得该光栅经镜头向被测物体表面可以投射明暗对比度较高的正弦图样，可将该光栅应用到结构光三维视觉测量工程技术中，提高结构光三维视觉测量的精度。

附图说明

      图1空间维次最优宽度调制后的二进制波形与正弦波

      图2正弦光栅

      图3正弦光栅频谱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，空间正弦波，它的周期（也等于调制波的周期），，三角波的频率，，调制深度M=1,，可以达到调制后每个方波在x轴上的起点和终点如下：

   （1）

   （2）

由于图1中波形为周期信号，可将光栅图样整体向左平移得到方波的起点和终点向量如下：

        （3）

           （4）

利用可以计算出正负幅值方波宽如下：

             （5）

             （6）

其中，，式（5），（6）中依次相间隔分布，可知该光栅图样关于对称，可用以上方波宽度刻制光栅。 

如图2是在长度上生成间距为和二进制条纹并刻制出的光栅。

如图3为该光栅的频谱分析，由傅里叶变换公式：

                               （7）

由于所得光栅图样的周期，由于是关于x轴是奇函数，所以，，， 可求：

                    （8）

其中，，由上式可以求得：

，

，

则，的值依次为：

从图3可以看到低频段除了3次谐波，其它谐波量几乎没有；只是在高频段第15次谐波附近有较明显的波形，该光栅经过投影机投影到被测物体表面可以被滤去，可以投射出的图样接近正弦图样。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实现方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求的保护范围为准。