[发明专利]一种二值条纹离焦投影系统低通滤波特性测量方法

说明书

本发明提出了一种二值条纹离焦投影系统低通滤波特性测量方法，属于光学三维测量技术领域。首先用相机采集刀口图像，并求取相机点扩散函数。投影系统离焦投射二值条纹，用相机拍摄该离焦二值条纹图像。之后，利用相机点扩散函数，使用维纳滤波复原算法获得复原离焦二值条纹图像的频谱图。最后，根据输入投影系统的原二值条纹图像频谱图以及复原的离焦二值条纹图像频谱图，测出投影系统的调制传递函数。调制传递函数即反映了投影系统的低通滤波特性。采用本发明方法，无需将投影物镜从投影系统上拆下检测，简化了检测步骤。同时，直接利用投影系统，无需其它中间辅助系统，不会在检测过程中带来其它系统误差，整个采集过程方便、实时、快速。

技术领域

本发明涉及一种二值条纹离焦投影系统低通滤波特性的测量方法，属于光学三维测量技术领域。

背景技术

光学三维测量技术，具有非接触测量、速度快、准确度高、自动化程度高等优点，被广泛应用于机器视觉、逆向工程、医疗诊断和医学美容、人体测量、制造工业等领域。

现有的光学三维测量研究方法包括：莫尔轮廓术、位相测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术、空间位相检测等。在这些方法中，位相测量轮廓术因能够同时获取全场条纹的空间信息和在一个正弦条纹周期内相移条纹的时序信息，具有极高的测量精度，是一种普遍适用的三维测量方法。

位相测量轮廓术的基本原理是：投影系统向被测物体投射移相正弦条纹，相机获取经物体变形的正弦条纹，通过解相解包裹算法获得被测物体的轮廓信息。

产生正弦强度分布投影光场，最普遍的方法是采用投影系统投射计算机编码生成的正弦条纹。虽然在位相轮廓测量轮廓术方法中，采用正弦分布的投影光场在原理上满足N步移相位相算法的要求，在计算原理上不存在误差，但是，目前普遍使用的商用投影仪由于伽马非线性不能做到线性光强响应，测量前需要对投影条纹线性光强响应度预先校正，将会降低条纹的对比度及光能利用率。

利用二值条纹离焦投影的方法产生准正弦条纹，可以解决投影系统伽马非线性的问题。离焦投影测量技术，是以二值条纹为研究对象，通过镜头的离焦将二值条纹的高频成分消除，由此获得正弦性强的结构光条纹对物体进行测量。由于该方法具备超高速投影特性，以及避免投影仪非线性误差的能力，在近年来受到广泛的研究。

在使用投影系统进行离焦投影二值条纹时，将投影系统的离焦作用看作是一个低通滤波器，滤除高次谐波，产生准正弦条纹。由于投影系统的低通滤波特性未知，离焦距离过大或过小都会使离焦形成的正弦条纹精度不够高，进而影响三维测量的精度，因此，获得投影系统的低通滤波特性是一项重要工作。

目前，已经有一些投影系统镜头调制传递函数(MTF)测量系统。但是，这些系统主要是针对单个镜头，且对于已经安装在投影系统中的镜头只能拆卸后再进行检测。此外，这些仪器结构复杂、价格昂贵，通常只能在物距无穷大的条件下测量光学系统，无法满足物距和像距有限的投影系统投影物镜的测量要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决测试投影系统调制传递函数时需拆卸投影镜头，且通常只能在物距无穷大的条件下测量，无法满足物距和像距有限的投影系统投影物镜的测量要求等问题，提出了一种新的二值条纹离焦投影系统低通滤波特性的测量方法。采用本发明方法，无需拆卸投影镜头，能够在有限远物距条件下完成投影系统投影物镜调制传递函数的测量。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

一种二值条纹离焦投影系统低通滤波特性测量方法。首先，用相机采集刀口图像，并求取相机点扩散函数。然后，投影系统离焦投射二值条纹，用相机拍摄该离焦二值条纹图像。之后，利用相机点扩散函数，使用维纳滤波复原算法，获得复原离焦二值条纹图像的频谱图。最后，根据输入投影系统的原二值条纹图像频谱图以及复原的离焦二值条纹图像频谱图，测出投影系统的调制传递函数。调制传递函数即反映了投影系统的低通滤波特性。

有益效果