[发明专利]一种基于循环互补格雷码的三维面形测量方法

说明书

本发明公开了机器视觉测量方法领域的一种基于循环互补格雷码的三维面形测量方法，步骤包括：1、向被测物体表面循环投影序列图，序列图中包含经过特殊编码设计的互补格雷码；2、采集经过被测物体调制的序列图集；3、计算序列图集中每一组序列图的截断相位基础值；4、对序列图集中的循环互补格雷码进行解码，利用解码码字对截断相位进行展开；5、获得物体三维面形信息。通过在时间域和空间域上对互补格雷码进行特殊编码设计和特殊解码步骤，解决了相位级次跳变处误码的问题，提高了解码的鲁棒性，与现有技术相比，在投影格雷码图案数目相同的基础上，将编码周期数扩大为原来的两倍，从而提高了测量的精度，适用于对复杂，动态场景的高速高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种机器视觉测量方法，特别涉及一种基于循环互补格雷码的三维面形测量方法。

背景技术

随着硬件技术和计算机科学的快速发展，人们越来越需要利用高速动态过程中获取的三维面形来分析物体变化的细节。高速高精度的测量越来越多的被应用到实验力学，材料力学等学科当中。如何获取高速，高精度的测量结果成为了近些年的研究热点。

阵列投影技术被用来代替商用投影仪来实现高速投影以及三维面形重建，重建速度可达到330Hz；另外利用旋转光栅高速投影非周期正弦条纹的思路也被用来实现高速面形测量，可以获得1300Hz的重建速率。但这两种方法都需要自行设计和制造投影设备，比起直接利用商用投影仪，会花费更高的成本。

将相移技术和互补格雷码技术相结合方法用于三维面形的重建和测量，设计简单，不需要特殊的投影设备，成本较低，应用越来越广泛，但是需要在传统格雷码编码图的基础上增加投影一幅格雷码编码图，在高速面形重建过程中，每增加一帧图像，都要多采集一幅经过调制后的格雷码编码图，增加了编码图的采集量，影响了数据处理的效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于循环互补格雷码的三维面形测量方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于循环互补格雷码的三维面形测量方法，步骤包括：

S1：向被测物体表面循环投影二值序列图案，二值序列图案由一系列二值化正弦条纹图和一系列互补格雷码图组成，一系列正弦条纹图由投影仪镜头轻微离焦，投影产生的周期数为N的m幅正弦条纹图组成；一系列互补格雷码图由传统格雷码中的第二幅图到最后一幅图，并加上一幅格雷码码字宽度为正弦条纹图正弦条纹宽度一半的格雷码图组成，一系列互补格雷码图为log₂N幅互补格雷码图，一系列互补格雷码图中，周期数为二的互补格雷码图第二周期按照二值序列图案循环投影的时间顺序黑白翻转，奇数序列周期数为二的互补格雷码图的第二周期码字与第一周期图案相同，偶数序列周期数为二的互补格雷码图的第二周期码字黑白翻转，与第一周期码字相反；

S2：采集经过被测物体调制的序列图集；

S3：利用二值化正弦条纹图计算序列图集中每一组序列图的截断相位基础值；

S4：对序列图集中的互补格雷码进行解码，利用解码码字对截断相位进行展开，解码码字包括第一解码值、第二解码值和第三解码值，

第三解码值是将序列图集中当前序列周期数为二的互补格雷码与当前序列上一序列周期数为二的互补格雷码二值化处理后，做异或运算，解码计算得到，

第二解码值是将获得的序列图集中每个序列的互补格雷码图进行二值化处理后，将偶数序列周期为二的格雷码图的第二周期码字黑白翻转，采用互补格雷码解码方法得到，

第一解码值是将获得的序列图集中每个序列的互补格雷码图进行二值化处理后，将偶数序列周期为二的格雷码图的第二周期码字黑白翻转，采用传统格雷码解码方法得到；

S5：通过相位和高度的映射关系，以及摄像机标定，获得物体三维面形信息。