[发明专利]基于区域散焦的正弦光栅生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种正弦光栅的快速生成方法，具体是一种基于区域散焦的正弦光栅生成方法。属于光学测量技术领域。

背景技术

通过散焦快速地生成正弦光栅是实现三维实时光学测量的重要手段,散焦相当于一个高斯低通滤波器,将输入的二进制编码图像中的高次谐波部分滤除。通过散焦生成的正弦光栅的精度直接关系到解相精度和三维反求精度。

Song Zhang等人提出的直接将方波散焦成正弦光栅等传统方法（Yajun Wang and Song Zhang.Optimal pulse width modulation for sinusoidal fringe generation with projector defocusing[J].OPTICS LETTERS,2010,35(24):4121-4123）存在着光栅生成精度低，解相误差大的特点，很难满足非接触精密测量的要求。

相对于方波，基于区域化的三角波具有高次谐波振幅降低速度快、利于过滤的特点。但由于摄像机和投影仪的伽马非线性，我们通过DLP（Digital Light Procession，即数字化处理）技术编程生成的三角波光栅在投影到被测物体上并被摄像机采集后，会存在系统误差，对后期解相和相位展开带来较大的计算误差。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有散焦技术中存在的光栅生成精度较低和相位误差较大的问题，本发明提出了一种基于区域散焦的正弦光栅生成方法。

技术方案

本发明提出的一种基于区域散焦的正弦光栅生成方法通过构将相连像素（2x2）区域化，对区域内的像素进行不同的二进制赋值，通过散焦生成高精度的三角波光栅，然后再对三角波光栅进行二次散焦得到满足精度要求的正弦光栅，其实现方便、生成光栅准确，适用于高精度非接触的三维实时测量系统，从而有效解决了现有技术中存在的缺陷。

本发明的技术方案为：

所述一种基于区域散焦的正弦光栅生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过DLP编程技术生成基于区域的投影图片：

(a)将初始图片A划分为若干个2像素*2像素的区域，其中所述初始图片A宽度方向的像素数为16n，n为要生成的正弦光栅条纹的周期数，一个正弦光栅条纹周期内有8个2像素*2像素区域；所述初始图片A高度方向的像素数为2的倍数；

(b)对图片A中的每个2像素*2像素区域内的四个像素点赋灰度值，所赋灰度值为0或255，得到投影图片B；取投影图片B中每个2像素*2像素区域的区域灰度值为该区域内四个像素点灰度值的均值；投影图片B中沿宽度方向连续8个2像素*2像素区域的区域灰度值分布呈周期变化，其中在投影图片B中存在8个连续2像素*2像素区域的区域灰度值依次为0、63.75、127.5、191.25、255、191.25、127.5、63.75；投影图片B中沿高度方向连续2像素*2像素区域的区域灰度值相同；

步骤2：将步骤1生成的投影图片B投影到被测物体表面，保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，通过调整投影仪焦距,使投影到被测物体表面的影像聚焦；保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，再次调整投影仪焦距，将投影仪的焦距在聚焦焦距的基础上变化Δ₁，从而在被测物体表面得到三角波光栅图像C；

步骤3：保持投影仪与被测物体表面的投射距离不变，保持投影仪的投射画面尺寸不变，将投影仪的焦距在步骤2最后调定的焦距基础上再次变化Δ₂，从而在被测物体表面得到正弦光栅图像D，其中Δ₁与Δ₂的符号相同。

所述一种基于区域散焦的正弦光栅生成方法，其特征在于：Δ₁为投影仪调焦范围的10%～15%或-15%～-10%，Δ₂为投影仪调焦范围的10%或-10%。

有益效果