[发明专利]基于二维稀疏S变换快速频域解相的三维面形测量方法

说明书

本发明公开了一种基于二维稀疏S变换快速频域解相的三维面形测量方法，首先向待测物体投射正弦结构光栅，采集受到待测物体高度分布调制的变形光栅，然后通过二维稀疏S变换处理获得的变形条纹图，得到四维的二维稀疏S变换系数矩阵；从二维稀疏S变换系数矩阵中求取相位，得到包裹在[‑π，+π]之间的截断相位；最后对截断相位进行相位展开，得到连续分布的自然相位，根据相位与高度分布调制关系，得到待测物体的三维面形分布。本发明解决了现有技术中存在的三维面形测量精度低的问题。

技术领域

本发明属于光栅投影三维物体面形测量技术领域，具体涉及一种基于二维稀疏S变换快速频域解相的三维面形测量方法。

背景技术

光栅投影三维物体面形测量技术，通过对获取的变形光栅图案进行分析，得到受待测物体高度调制的变形光栅的相位变化，可以求得待测物体的三维面形高度分布信息。

近年来，时频分析方法广泛应用于光学三维面形测量领域，S变换是时频分析的新途径，具有测量速度快的优点，但是测量精度低，二维S变换由于可以在水平方向和垂直方向上同时对变形光栅图案进行分析，因此具有测量精度高的优点，但是二维S变换的测量速度慢，并且分析过程中会产生较多的冗余信息，对内存要求非常高。所以，为了在提高三维测量速度的同时保证测量结果的准确度，需要引入一种新的分析方法，二维稀疏S变换快速实现频域解相方法，该方法通过在水平方向和垂直方向上同时降低采样点数，用较少的点恢复三维物体的面形，测量精确度也得到了有效提高，改善了一维S变换测量精度低、二维S变换测量速度慢的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二维稀疏S变换快速频域解相的三维面形测量方法，解决了现有技术中存在的三维面形测量精度低的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于二维稀疏S变换快速频域解相的三维面形测量方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、向待测物体投射正弦结构光栅，采集受到待测物体高度分布调制的变形光栅，正弦结构光栅和变形光栅表达式分别如下式：

式中，A(x,y)为背景光场，B(x,y)为条纹对比度，f_0u为水平方向的空间载频，f_0v为垂直方向的空间载频，为正弦结构光栅的初始相位，令初始相位为0，为变形光栅的相位，表示由被测物体的高度产生的条纹相位调制；

步骤2、通过二维稀疏S变换处理获得的变形条纹图f(x,y)，得到四维的二维稀疏S变换系数矩阵；

步骤3、从二维稀疏S变换系数矩阵中求取相位，得到包裹在[-π，+π]之间的截断相位；

步骤4、对截断相位进行相位展开，得到连续分布的自然相位，根据相位与高度分布调制关系，得到待测物体的三维面形分布。

本发明的特点还在于，

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、对所获得的变形光栅做二维傅里叶变换，二维傅里叶变换的定义为：

其中，M表示变形光栅矩阵中像素的行数，N表示变形光栅矩阵中像素的列数，u＝0,1,2,…,M-1，v＝0,1,2,…,N-1，f(x,y)表示大小为M×N的变形条纹；

步骤2.2、对所获得的变形光栅做二维傅里叶变换后，得到F(f_u,f_v)，由F(f_u,f_v)找到频率的最大值点(f_u,f_v)；