[发明专利]一种基于时间相位解缠的设计最优条纹序列方法

说明书

本发明公开了一种基于时间相位解缠的设计最优条纹序列方法，首先建立投影仪系统轻微离焦状态下的三维重构的噪声模型，并且对投影仪系统的频率响应函数进行测定、曲线拟合，根据建立的噪声模型以及拟合出来的频率响应函数确定编码的最优条纹频率；然后推导出时间相位解缠过程中的阈值条件，且根据该阈值条件推导出不同相移步数的频帧比公式，根据该公式选取最优的相移步数组合；最后根据时间相位解缠过程中的阈值条件，推导出低频辅助条纹频率跟高频条纹频率之间的关系式，根据该关系式，逐一确定各级条纹的频率。本发明通过对投影仪系统的频率响应函数进行检测，找到用来编码的最优的条纹频率f_opt，以提高三维测量的精度。

技术领域

本发明属于条纹投影轮廓术领域，特别是一种基于时间相位解缠的设计最优条纹序列方法。

背景技术

在条纹投影轮廓术领域，相位解缠是一个非常重要的过程，它为包裹相位向绝对相位转变提供了强有力的工具，从而为后续的三维重构提供了保障。相位解缠算法从大体上可以分为空域相位解缠和时域相位解缠。空域相位解缠从被提出到发展至今，已有近五十年的历史，虽然一直被改进，但依然无法避免算法本身带来的局限：在处理表面复杂和不连续的物体时，变得很难适用(Saldner HO,Huntley JM.“Temporal phase unwrapping:application to surface profiling of discontinuous objects.”Appl Opt,1997,36:2770–2775)。为了突破空域相位解缠的局限，时域相位解缠算法被提出后逐渐成为相位解缠的算法的一大热点。在短短的近二十年间，就有数十种时域相位解缠算法被提出。这些算法大体上可以被分为三类：单周期法、数论法和外差法(Chao Zuo.“Temporal phaseunwrapping algorithms for fringe projection profilometry:A comparativereview”)。跟其他两类方法相比，单周期法具有最强的抵抗时间噪声的能力。

尽管时域相位解缠算法可以很好的处理表面复杂或者不连续的物体，但是，为了获取高精度的三维重构的结果，时域相位解缠额外需要许多的辅助条纹(Yan Hu.“Real-time microscopic 3-D shape measurement based on optimized pulse-width-modulation binary fringe projection,”Measurement Science and Technology(2017))，这无疑会严重地影响三维测量的效率。因此，如何合理地设计条纹序列，有效地降低辅助条纹的数目，是非常值得深入研究的问题。此外，在以往建立的模型中，几乎都忽略了投影仪存在轻微离焦的现象。而投影仪的轻微离焦会对高密度的正弦条纹的调制度产生明显地抑制作用，从而降低相位的信噪比。因此，找到一个最优频率的编码条纹，以达到高精度的三维测量结果，也是非常有必要且有意义的。而在时域相位解缠的过程中，如何选取条纹频率序列以达到稳定时域相位展开，有效避免时间噪声的传递，至今也没有人提出一个确定的而有效的频率选择方法。以上三个问题是条纹投影轮廓术中非常重要的三个问题，与三维测量的精度、效率以及系统鲁棒性密切相关，但在技术上被忽视了而未能得到解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于条纹投影轮廓术时间相位解缠的设计最优条纹序列方法，以提高条纹投影轮廓术中三维重构的精度、效率和鲁棒性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于时间相位解缠的设计最优条纹序列方法，首先建立投影仪系统轻微离焦状态下的三维重构的噪声模型，并且对投影仪系统的频率响应函数进行测定、曲线拟合，根据建立的噪声模型以及拟合出来的频率响应函数确定编码的最优条纹频率；

然后推导出时间相位解缠过程中的阈值条件，且根据该阈值条件推导出不同相移步数的频帧比公式，根据该公式选取最优的相移步数组合；