[发明专利]基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法

说明书

本发明公开了基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法，由三角波条纹编码原理、离焦投影系统、条纹反射三维测量原理三大关键部分组成。本发明的优点是：（1）三角波条纹经过离焦投影，在参考平面上得到正弦条纹，与二进制条纹投影离焦情况相比，三角波条纹离焦程度更浅，只需在轻微离焦状态下便可得到理想的正弦条纹；(2)由于采用三角波条纹离焦的方法，相对于正弦条纹聚焦投影，LED显示器与参考平面之间的距离可以增大，对高光、高反射的镜面或类镜面物体的测量选择性变大，可以测量更大物体的三维面形，增大了测量范围。（3）采用了三角波条纹离焦的方法，可以减小gamma效应，从而进一步提高测量精度。

技术领域

本发明涉及一种高光、高反射的镜面或类镜面的三维测量方法，具体涉及基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法。

背景技术

条纹反射三维测量方法在测量镜面物体时由于非接触、全场测量、灵敏度高和易于信息处理等优点，在三维测量中有重要意义。三维测量实验装置如图1所示，包括LED显示器1，2、CCD相机，3、编程专用计算机，4、参考平面，5、待测物体，6、图像处理工作站。LED显示器1将带有特征信息的条纹投射到参考平面4，由CCD相机2采集条纹信息，经过工作站6处理后得到参考相位。然后将待测物体5放在相同位置，经过工作站6得到相应的变形条纹像，计算出相位，减去参考相位即得到由待测物面面形引起的相位变化，从而根据相位与物体表面形貌的对应关系进行三维重建。

在工程中，对类镜面物体形貌测量的需求与日俱增，在现代制造业表现得尤为显著。譬如，汽车工业中的喷涂后的车身、抛光后的模具，建筑行业中的瓷砖、烧制陶瓷制品、建材铝合金制品、焊接电路板，银制饰品等都或多或少的表现出其类镜面反射特性。目前，对镜面物体主要采用激光干涉仪，接触式三坐标测量仪，电子显微镜等方式进行测量。然而，这些测量系统都对测量条件要求较高：干涉仪通常只能测量类平面或球面物体，无法测量自由曲面物体。接触式三坐标机测量时间相当长(通常数小时以上)，并且可能破坏待测物体表面。这无疑对高光、高反射、类镜面物体做精确测量时提出了更高的要求。因此，条纹反射技术以其绝对的优势在测量类镜面物体三维形貌等工业领域有着重要的应用前景。工业自动化技术的发展，实现对类镜面物体表面形貌高精度的三维测量问题引起工业领域的广泛关注，随之而来的工业需求也得到了广大研究者的重视。三维测量方法在现代制造业的占据着关键地位，是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，它为产品制造加工提供可靠的三维数据。

然而，利用条纹反射术在测量类镜面三维表面形貌时，LED显示器投影的是正弦条纹。CCD相机聚焦在参考平面，记录的是条纹虚像。由于gamma效应，影响了测量精度。

本发明提出了一种基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法。本发明采用三角波条纹离焦投影方法，相对于正弦条纹聚焦投影，LED显示器与参考平面之间的距离可以增大，因此LED显示器的测量范围增大，能适应更大尺寸物体的三维面形。采用了三角波条纹离焦的方法，减小了gamma效应的影响，提高了测量精度。本发明提出的基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法在类镜面物体工业化生产中的高精度三维测量将发挥重要作用。

发明内容

本发明提出了一种基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法，该方法较传统的正弦条纹投影的三维测量方法，减小了gamma效应，提高了测量精度。

本发明是这样来实现的，基于三角波条纹离焦的条纹反射三维测量方法，主要由三角波条纹编码原理、离焦投影系统、条纹反射测量原理三大关键部分组成；其特征在于：

三角波条纹编码原理，通过编码，投影适当的三角波条纹；

离焦投影系统，通过对三角波条纹进行傅里叶分析：

上式中A为幅度值，K为谐波次数，w₀为基频。