[发明专利]一种基于复合光栅投影的快速三维测量方法

说明书

本发明涉及基于复合光栅投影的快速三维测量方法，包括：搭建测量系统；进行复合光栅的生成，并烧录至投影系统中；复合光栅投射到被测物表面，调制产生新形状的复合光栅；采集新形状复合光栅，并传送到计算机处理系统中；通过五步相移法解相，分别获取余弦光栅包裹相位和阶梯光栅包裹相位；将阶梯光栅包裹相位进行圆整处理，并结合余弦光栅包裹相位将包裹相位展开成绝对相位；通过绝对相位与被测物深度对应的非线性关系进行物体三维信息的重建。本发明只需要进行一组五幅光栅图片的投影和采集，并通过一次五步相移法就可以进行物体相位的展开；本发明提出的方法在具有相同测量精度的情况下，减少了光栅图片数量的使用，提升了测量速度。

技术领域

本发明涉及快速三维测量技术领域，尤其是一种基于复合光栅投影的快速三维测量方法。

背景技术

近年来，光学三维测量技术因其具备高精度、与被测物体非接触的优点而得到迅速的发展，随着计算机技术、信息技术和数字化技术的发展，由投影系统、工业相机和计算机处理系统组成的投影结构光三维测量系统应运而生。

经过众多学者的多年研究产生了基于格雷码的投影测量方法、基于邻域解码的投影测量方法、基于相位的数字投影技术方法等。其中，基于相位的数字投影技术因其测量速度快，能够进行致密重建，相对测量精度较高，因此具备较大的发展潜力。因为相位与深度存在非线性关系，所以对于基于相位的数字投影技术而言，最重要的步骤是获取连续的绝对相位。在实现方面首先将不同的具有相位信息的数字光栅投射于被测物体上，然后通过相机对投射的相位光栅进行数据采集，经过相应的解相处理得出物体的绝对相位，进而可以通过非线性关系获取物体的深度信息，是一种具有多重优点的三维测量方法。

经过国内外众多学者的研究，现在获取绝对相位的方法基本有两大类方法，一类方法是利用空间邻域信息进行相位获取，这类方法误差过大，无法进行很好的实际应用。更多的研究是针对另一类方法，这一类方法是利用时域信息进行相位解包，在相机拍摄速度有限和保证测量精度的前提下，现在相对较好的投影三维测量方法至少需要投射六幅光栅图片才能进行绝对相位的展开。还有一些使用了较少的光栅图片，但是由于光栅较稀疏等原因，从而获取相位方法的精度相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在保持精度的前提下，有效的提高了三维测量的速度的基于复合光栅投影的快速三维测量方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于复合光栅投影的快速三维测量方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(a)搭建好由投影系统、工业相机和计算机处理系统组成的测量系统；

(b)在计算机处理系统进行复合光栅的生成，并将所述复合光栅通过计算机处理系统烧录至投影系统中；

(c)所述复合光栅通过投影系统投射到被测物表面，复合光栅经过被测物表面高度调制产生新形状的复合光栅；

(d)用工业相机采集所述的新形状复合光栅，并将采集的新形状的复合光栅传送到计算机处理系统中；

(e)在计算机处理系统中，经过工业相机采集的新形状的复合光栅通过五步相移法解相，分别获取余弦光栅包裹相位和阶梯光栅包裹相位；

(f)将获取的所述阶梯光栅包裹相位进行圆整处理，并结合所述余弦光栅包裹相位将包裹相位展开成绝对相位；

(g)通过所述绝对相位与被测物深度对应的非线性关系进行物体三维信息的重建。

在所述步骤(a)中，所述测量系统带有同步触发功能，能够瞬间采集投射出去的光栅并传送至计算机处理系统。

在所述步骤(b)中，所述复合光栅是由特定周期比的单一余弦光栅和单一阶梯光栅在单颜色通道下复合而成的，其灰度分布的计算公式如下：