[发明专利]三维物体测量方法及其测量装置

权利要求书

1.一种三维物体测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设置了包括采样相机、光源和移动光栅的测量装置，测量装置的各项参数预先已标定，并将采样相机和移动光栅所用的陶瓷马达与计算机连接；

2)将一测量基准面放置在装置下方，使得基准面上可以获得清晰的条纹像；

3)打开光源，控制陶瓷马达使光栅移动到原点位置，相机对原点位置的变形条纹像进行拍照，存储于计算机中；

4)控制陶瓷马达带动光栅依次移动到条纹周期的n/N位置，n＝1...(N-1)，每移动一次，相机都对变形条纹像进行拍照存储于计算机中；

5)在获得的各幅照片中，计算机分别提取同一像素点(x，y)的像素灰度值I_n(x，y)，即光强值，并利用N步相移法，求得该像素点的初始位相φ₀(x，y)；其他像素点的初始位相也用同样方法求得；

6)将具有一定高度的待测物放置在基准面上，使得待测物上可以获得清晰的条纹像；

7)同样按照上述3)-6)步的操作，利用N步相移法求得待测物与基准面上的对应像素点在高度变化后产生的变形位相φ_H(x，y)；

8)利用公式AB＝[φ_H(x，y)-φ₀(x，y)]*p/(2π)，求得该像素点的平面距离变化，其中p为投影得到的条纹周期，是系统常量；

9)根据三角测量公式：h＝L*AB/(AB+D)，计算出该像素点的高度h，其中L为相机光心到基准面的垂直距离，D为相机与光栅光心之间的水平距离；

10)利用7)-9)步的计算方法，求得待测物其他像素点的高度，综合待测物上每个像素点的高度数据，就可以获得待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据；

11)根据待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据，判定锡膏是否合格。

2.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述待测物的高度小于其光栅变形的条纹周期。

3.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述基准面为一平面。

4.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述移动光栅可以为多个，结合多个光栅的测量结果，根据权重求出加权平均值，将实际测量结果乘以加权平均值，得到实际测量高度。

5.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述移动光栅为正弦光栅或朗奇光栅。

6.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述N步相移法，是指：当光栅模板被投影到三维漫反射物体表面时，观察到的变形条纹像，用公式表示为：

I(x，y)＝A(x，y)+B(x，y)*cos[φ(x，y)]          (1)

(1)式中，I(x，y)表示平面坐标为(x，y)的物点的光强，A(x，y)是背景强度，B(x，y)/A(x，y)是条纹对比度，位相函数φ(x，y)表示由于物体表面形状引起的条纹变形，当光栅沿垂直于条纹方向每移动到第n/N步，就产生一变形条纹像I_n(x，y)：

I_n(x，y)＝A_n(x，y)+B_n(x，y)*cos[φ_n(x，y)]          (2)

连续移动并且获取K帧变形条纹像，从而可以求得该点的变形位相φ(x，y)：

φ(x，y)＝arctg{[∑I_n(x，y)*sin(2πn/N)]/[∑I_n(x，y)*cos(2πn/N)]}    (3)

(2)、(3)式中，n＝1…K，3≤K≤N，A_n(x，y)是背景强度，B_n(x，y)/A_n(x，y)是条纹对比度，所以从以上公式中，可以求得φ(x，y)。

7.根据权利要求6所述的三维物体测量方法，其特征在于，在N步相移法中，由公式(2)、(3)计算得到的变形位相φ(x，y)，必须使用解包裹算法恢复原有的连续分布形式，即用φ(x，y)减去该点的初始位相，并要求该相位差必须落在-π到+π范围内，如果发现相位差超出这个范围，就自动将变形位相φ(x，y)加上或者减去一个周期π，直到满足限制为止。