[发明专利]一种针对运动对象的散焦光栅投影三维测量方法

权利要求书

1.一种针对运动对象的散焦光栅投影三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，使用散焦光栅投影三维测量系统，先对被测对象投影一张空白图像，再投影相移步长分别为-π、-π/2、0、π/2和π的五张正弦相移图像，再投影六张灰阶码图像，最后投影一张空白图像；在上述投影同时，摄像机采集对应投影下的被测对象图像；定义投影空白图像时摄像机采集的图像为被测对象空白光栅图，投影相移图像时摄像机采集的图像为被测对象相移图，投影灰阶码图像时摄像机采集的图像为被测对象灰阶码图；

步骤2，使用Lucas-Kanade金字塔光流法测量摄像机所获取的被测对象空白光栅图中像素点(x,y)在两张空白图像投影之间发生的水平方向位移D_x(x,y)和竖直方向位移D_y(x,y)、水平方向运动速度v_x(x,y)和竖直方向运动速度v_y(x,y)；

步骤3，基于被测对象相移图，求取被测对象运动造成的相位误差；具体为：

被测对象相移图中的像素点(x,y)的灰度值表示为：

其中，n指第n张相移光栅图像，n＝1,2,3,4,5，I′(x,y)是像素点(x,y)的条纹光强景灰度值，I″(x,y)是像素点(x,y)的调制强度，φ(x,y)为像素点(x,y)的主值相位；δ_n表示五步相移法的理论相移值，其值为2π·(n-3)/5，d(x,y)为像素点(x,y)处的相位误差；

引入变量

以及变量

通过式(3)得到：

得到：

求解式(7)，得到：

求解式(8)得到d(x,y)，即为点(x,y)处由运动引起的相位误差；

步骤4，基于步骤3的相位误差，进行主值相位误差补偿；

步骤5，基于被测对象灰阶码图，进行相位展开校正；

步骤6，对被测对象进行三维重建。

2.根据权利要求1所述的一种针对运动对象的散焦光栅投影三维测量方法，其特征在于，步骤4中根据式(9)计算运动误差补偿以后的主值相位：

3.根据权利要求2所述的一种针对运动对象的散焦光栅投影三维测量方法，其特征在于，步骤5具体为：

(4.1)根据采集到的被测对象灰阶码图进行灰阶码解码，取得像素点(x,y)处的相位阶次K(x,y)；

(4.2)寻找相位阶次中的异常跳变点，将第j个异常跳变点的横坐标记为x_j，并将导致出现异常跳变的图像序号记为p(x_j,j)，此图像序号为发生跳变的灰阶码图像的序号和第一张相移图像的序号之差；

(4.3)对相位阶次在(x_j+ε₊)到x_j或x_j到(x_j+ε_-)的范围内进行校正，其中，ε_-和ε₊分别表示在x_j之前和之后应被校正的像素数：

其中，表示向上取整；表示向下取整；ε_T为光栅条纹图像中一个完整正弦周期所对应的像素数，d(x_j,y_j)为(x_j,y_j)处的相位误差，y_j为第j个异常跳变点的纵坐标；

(4.4)定义相位阶次的校正函数如下：

(4.5)相位阶次K(x,y)校正结束以后的相位阶次K_comp(x,y)为：

K_comp(x,y)＝K(x,y)+K_cor(x,y) (13)。