[发明专利]一种基于S变换的结构光三维面形垂直测量方法

说明书

本发明公开了一种基于S变换的结构光三维面形垂直测量方法，其进行一次扫描测量即可同时利用S变换取脊和S变换滤波两种方法获得各条纹图调制度值的分布从而实现三维面形的测量。本发明所述的S变换是一种无损、可逆的时频分析方法，与小波变换相比，S变换取脊方法不仅具有多分辨率的特点，其变换系数还与该信号的傅里叶频谱有着直接的联系，可获得比小波变换更为精确的调制度值；与傅里叶变换相比，S变换滤波方法采用高斯窗函数且窗宽与频率的倒数成正比，改善了窗宽固定的缺陷，具有良好的时频分析特性，能更完整地保留被测物体的细节部分。通过本发明解决了现有技术中无法精确地重建被测物体的三维面形的问题，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及结构光投影光学三维面形测量技术，具体地说是一种基于S变换的结构光三维面形垂直测量方法。

背景技术

在现有的调制度测量轮廓术中，采用多帧条纹处理技术和单帧条纹处理技术均可获得条纹的调制度信息。在多帧条纹处理技术中，对每一位置采集N(N≧3)帧相移条纹图，利用N步相移方法计算调制度信息，但是该方法将增加扫描过程中图像的采集数量，不仅影响了测量速度，而且还增加了图像的采集数量，不利于其实用性。在单帧条纹处理技术中，对每一位置仅采集一帧条纹图，利用傅里叶变换方法、小波变换方法可提取条纹调制度信息。傅里叶变换方法对每帧图片进行单独处理，该方法属于空—频全局分析技术，各个像素点之间的相互影响以及滤波操作很可能导致物体细节信息的丢失，进而会严重影响到测量的精度；小波变换虽然具有多分辨率特性以及良好的时频局域分析能力，克服了傅里叶变换方法的缺陷，能够自适应地反映条纹图的低频和高频成分，但仅能估计局部的功率谱，并且与傅里叶变换联系不大；

综上可知，在现有的调制度测量轮廓术中，单帧条纹处理技术包括傅里叶变换方法和小波变换方法在提取条纹调制度信息时均受到不同程度的限制，因而无法精确地重建被测物体的三维面形。

发明内容

鉴于现有技术存在的弊端，本发明提供了一种基于S变换的结构光三维面形垂直测量方法，以有效解决背景技术中所提及的技术问题。

一种基于S变换的结构光三维面形垂直测量方法，包括如下步骤：

S1、标定测量系统以建立条纹图的调制度和高度的映射关系；

S2、获取光栅扫描被测物体时，光栅的像投影在被测物体表面上的条纹图；

S3、利用S变换方法获得所述条纹图所对应的调制度信息；

S4、获取各条纹图中同名像素点的调制度最大值，根据所述映射关系，查找调制度最大值对应的高度值，从而得到被测物体的三维面形。

进一步的，所述利用S变换方法获得所述条纹图所对应的调制度信息包括采用一维S变换取脊方法和一维S变换滤波方法中的任意一种方法。

进一步的，所述一维S变换取脊方法提取条纹调制度包括：

对条纹图进行逐行处理，即光栅成像面前后模糊像的任意行表示为：

则光栅成像面前后模糊像的任意一行任意τ位置处条纹的近似表达式为：

将在τ位置处条纹的近似表达式代入一维S变换公式获得条纹图中任意一行条纹所对应的S变换系数，即

其中：

由于f0，获取条纹图中τ位置处所对应的S变换系数|S(τ,f；δ)|的最大值以获取S变换系数的脊值，即

则相应的，