[发明专利]一种基于单幅光栅投影的三维测量方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于单幅光栅投影的三维测量方法和系统，方法包括：物理光栅离焦投影到待测试物体以形成正弦条纹图，采集待测试物体的变形条纹图；利用S变换法处理变形条纹图以获得主值相位φ(x，y)；基于消除包裹法进行解包裹，获得绝对相位对远心成像的三维测量系统进行标定以建立成像模型，计算被测物体的三维坐标信息。系统用于执行方法。本发明基于单幅条纹图，在S变换法得到主值相位后，对该主值相位两端进行补零，使得频域内获得上采样，根据傅里叶变换频移特性将相位的频谱移动到原始位置，消除载波的相位分量，采用远心成像模型，拟合高度‑相位映射关系，对三维测量系统进行标定，获取被测物体的三维坐标信息，步骤简单，测量速度更快。

技术领域

本发明涉及一种基于单幅光栅投影的三维测量方法和系统，属于三维测量领域。

背景技术

Takeda等人1983年提出了基于光栅投影的三维面形测量方法——傅里叶变换轮廓术(FTP)。傅里叶变换轮廓术是通过向物体表面投射光栅条纹，获得被物体高度调制而发生变形的光栅，利用特定算法对变形条纹图像进行傅里叶变换、滤波、傅里叶逆变换和解包裹处理，提取其中的相位，再通过对测量系统的标定，从而获得物体的三维信息。

近年来，S变换已经应用到光学三维面形测量中光栅投影的相位解调过程，同FTP比较，S变换技术在具备FTP的优点之上，处理速度和频谱处理上有更多优势。

解相位是光栅投影法的基本问题之一。首先通过S变换获得条纹图的相位主值，值域位于(-π,+π]区间，再将相位主值恢复成完整的相位场。目前采用的解包裹方法如洪水法、质量图引导法等，过程都较为复杂，耗时较长，且都需两幅条纹图才能获得绝对相位，

如何快速、简单地进行解包裹，真正实现动态物体测量，满足自动化需求在主动光学三维测量中非常重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过提供一种基于单幅光栅投影的三维测量方法和系统。

本发明采用的技术方案一方面为一种基于单幅光栅投影的三维测量方法，包括：

物理光栅离焦投影到待测试物体以形成正弦条纹图，采集待测试物体的变形条纹图；

利用S变换法处理变形条纹图以获得主值相位φ(x,y)；

基于消除包裹法进行解包裹，获得绝对相位

对基于远心成像的三维测量系统进行标定以建立成像模型，计算被测物体的三维坐标信息。

优选地，利用S变换法处理变形条纹图的步骤包括：

对获得的变形正弦条纹图h(t)进行一维S变换，S变换系数S(τ,f)公式为：

其中，是高斯函数，f为频率，t表示时间，τ决定高斯窗口的中心位置；

对获得的包含S变换的复杂矩阵采用平顶汉宁窗加权滤波；

对滤波获得的局部基频分量沿时间轴进行叠加，获得完整基频分量，对其进行傅里叶逆变换后，获得基频复信号，表示为解得相位主值φ(x,y)：

其中，Im()和Re()分别表示取复信号的虚数部分和实数部分，其值域为[-π,π)。

优选地，所述平顶汉宁窗的数学表达式为：

该平顶汉宁窗以S变换幅值最大处为中心，标记该处为S变换脊，f_b为S变换脊的频率，fw_low，fw_high分别表示从S变换脊分别往低频与高频方向上的延伸宽度，f_b+fw_high，f_b-fw_low分别表示高低端截止频率，else表示其他频率。