[发明专利]一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法

权利要求书

1.一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法，其特征在于，包括如下步骤：相机、投影仪λ校正；相机标定，畸变校正；投影相移光栅条纹；投影二元结构光编码图，所述投影二元结构光编码图包括：投影多幅三步相移对应的二元结构光编码图，使用相机采集投影到物体表面的图案；所述投影二元结构光编码图还包括：将阶梯相位编码进二元黑白图案中，投影的第i幅二元编码条纹表达式为：

其中，L为编码条纹图x方向的总长度，δ为x方向预设位移值，l为单个条纹宽度，N为投影条纹的相移步数，k为阶梯相位子区域数目，k值由k＝log₂(L/l)确定；解调出二元编码条纹对应的三步相移的相对相位为阶梯相位，此阶梯相位与正弦包裹相位的2π跳变处应重合，需设置合理的δ值，预先对相位编码进行偏置校正；

相移法求出光栅包裹相位，利用编码条纹求出光栅级次，所述相移法求出光栅包裹相位，利用编码条纹求出光栅级次包括：通过四步相移法求得光栅条纹的包裹相位，利用二值编码条纹解调后得到的阶梯相位，确定光栅条纹的周期级次；求出绝对相位，完成相位去包裹；相位映射为真实高度，重构出三维轮廓；所述求出绝对相位，完成相位去包裹包括：最终根据周期级次对包裹相位进行解包裹得到绝对相位，完成相位去包裹；采用N步相移法投影多幅相移图案后，求得的正弦包裹相位表达式为：

此式得到的相位为包裹在[-π,π]内的周期为2π的相对相位，为提高测量精度，实际测量中整个测量范围内光栅条纹有多个周期，通过对进行解包裹，以获得连续的能完整反映物体对投影条纹光强的改变的绝对相位值；所述光栅级次的计算步骤为：

步骤SS1：阶梯相位中子区域个数r为r＝2^k-1，总的阶梯台阶个数S为S＝6r，通过三步相移法，二元结构光编码得到的阶梯级数为6r；

步骤SS2：为使得正弦条纹每个周期均有对应的阶梯相位，可顺利进行相位展开，正弦光栅条纹的周期数T和二元编码条纹的子区域数k只需满足如下关系：

T＜6×2^k-1；

步骤SS3：由每个子区域内阶梯相位得到对应区域内的正弦条纹级次t：

其中，为经N步相移法求得的阶梯相位。

2.根据权利要求1所述的一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法，其特征在于，所述相机标定，畸变校正包括：使用张正友标定法对实验所用相机进行标定，求出相机的内外参数，并依据该参数对拍摄得到的图像进行畸变校正。

3.根据权利要求1所述的一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法，其特征在于，所述投影相移光栅条纹包括：投影多幅四步相移正弦光栅条纹到被测物体表面，使用相机采集投影到物体表面的图案。

4.根据权利要求3所述的一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法，其特征在于，投影的所述正弦光栅采用N步相移法，通过投影多幅具有相位差的结构光图案来获取相位信息，第k幅相移法投影图案的光强表达式为：

其中，I_k(x,y)为投影图像上某处的光强(k＝0,1,2,3)，I′(x,y)为背景光强，I″(x,y)为调制光强，为待求相位，N代表投影图像数目。

5.根据权利要求1所述的一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法，其特征在于，所述绝对相位的计算方法为：

由t值得到正弦条纹相位未完全展开的半展开相位

再利用传统邻域分析法进行再次展开，对于采用3步相移法的阶梯相位，在半展开相位图相位跳变处，对相邻相位差值超过6×2π的相位加上6×2π即可，完成相位的去包裹。