[发明专利]基于条纹光流的物体三维面形测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于条纹光流的物体三维面形测量方法和装置，运用光流场方法，仅需两幅图像即可得到物体三维面形。该方法包括以下步骤：模拟产生光栅条纹，并投影到被测物体的表面；采集条纹变形前和变形后的图样；采用条纹光流场方法计算出被测物体的三维面形信息。

技术领域

本公开涉及物体面形测量领域，具体涉及一种基于条纹光流的物体三维面形测量方法和装置。

背景技术

三维面形测量在目标检测、产品检验、生产制造、文物修复等领域具有广泛应用。运用投影栅进行面形测量是目前较为常用的测量方法，具有非接触、高精度、实验系统较为简单等特点。利用投影栅测量物体面形主要方法为相位解调法，其中包括：傅里叶变换轮廓术和相移法等。傅里叶轮廓术只需采集一幅或两幅变形条纹图，即可进行三维重构，实现对物体轮廓的测量，具有测量速度快，适合动态测量等特点，但其计算过程中需要从频谱中滤出基频分量，使零级频谱与一级频谱分离，分离过程中容易产生噪声，从而影响物体面形的提取，计算复杂。相移法具有结构简单，测量灵敏度较高等特点，但计算过程中需要相位解包裹，计算相对复杂。

目前，采用微傅里叶变换轮廓测量物体三维面形方法，实现了高测量速度，在一定程度上减轻了频谱的重叠，但在计算过程中仍然存在频谱的重叠。利用相移技术获得边缘对比，通过搜索对比和高度的查找来恢复物体的高度，此方法能够有效地恢复物体高度，但需采集多幅图像，计算中数据处理量较大，计算复杂。

综上所述，目的对于频谱的重叠，数据处理量较大，计算复杂的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种基于条纹光流的物体三维面形测量方法和装置，运用光流场方法，仅需两幅图像即可得到物体三维面形。

本公开所采用的技术方案是：

一种基于条纹光流的物体三维面形测量方法，该方法包括以下步骤：

模拟产生光栅条纹，并投影到被测物体的表面；

采集条纹变形前和变形后的图样；

采用条纹光流场方法计算出被测物体的三维面形信息。

进一步的，所述采集条纹变形前和变形后的图样的步骤包括：

取水平面为参考平面，通过投影仪将模拟产生光栅条纹投影到参考平面上，通过CCD摄像机采集未经被测物体表面调制的条纹图样，得到条纹变形前图样；

将被测物体放置在参考平面上，通过CCD摄像机采集经被测物体表面调制后的条纹图样，得到条纹变形后图样。

进一步的，所述采用条纹光流场方法计算出被测物体的三维面形信息的步骤包括：

获取条纹变形前和条纹变形后图样的光强；

采用光流场迭代方法对条纹变形前和条纹变形后图样的光强进行处理，得到条纹变形前后两幅图样之间的光流场速度分量；

利用光流场的速度分量u和光栅投影角度的余切函数值，计算出被测物体的三维面形高度。

进一步的，所述条纹变形前和条纹变形后图样的光强的获取方法为：

将投影仪和CCD摄像机分别与参考平面等距离设置，分别测量投影仪和CCD摄像机到参考平面xoy的距离，以及投影仪和CCD摄像机之间距离，确定光栅的投影角度；

在参考平面上放置被测物体前，采集参考平面上条纹变形前图样光强；

在参考平面上放置被测物体后，条纹受被测物体表面调制发生变形，采集参考面上经被测物体表面调制后的条纹变形后图样光强。

进一步的，所述条纹变形前后两幅图样之间的光流场速度分量的计算方法为：