[发明专利]基于模拟退火算法的实时相位测量轮廓术

说明书

本发明公开了一种基于模拟退火算法的实时相位测量轮廓术，将条纹图投影到在参考平面运动的被测物体上，采集多帧变形条纹图，通过模拟退火算法进行像素匹配得近似区域条纹图，以近似区域条纹图的中心点为基准圈定运动区域，在所述运动区域内进行像素匹配得到最优区域条纹图，根据所述最优区域条纹图计算被测物体高度调制的相位信息及相位变化，根据相位和高度的对应关系确定被测物体的三维物体表面面形高度分布。本发明利用模拟退火算法计算量小和较为精确的特点，得到一个较为精确的全局最优解，加以遍历其领域，省去了传统方法中遍历整个匹配区域的过程，减小了像素匹配所需要的计算量，在保证精度的前提下，提升了实时相位测量轮廓术的效率。

技术领域

本发明属于物体三维测量技术领域，具体涉及一种基于模拟退火算法的实时相位测量轮廓术。

背景技术

随着制造业，医学影像，虚拟现实，计算机图形学的发展，使用具有相移的多个条纹图案算法获得准确和高分辨率的三维轮廓的相位测量轮廓术越来越受到关注。实时相位测量轮廓术(PMP)由于有采集数据量大、精度高、非接触等特点，通过投影和采集多帧条纹图即可恢复出被测物体的三维面型，是光学三维测量手段中被广泛研究和使用的一种方法。

由于工业的发展和应用场合的增多，测量三维形貌的需求日益旺盛，测量的对象也从静态物体延伸至动态物体，根据动态物体的运动特点，可分为在线三维测量和实时三维测量。在线三维测量主要针对于流水线上在一条直线上运动的物体，对测量的外界条件要求较高，实时三维测量可视为各个时刻在对不同的物体进行测量，由于实时测量不要求物体运动在一条直线上，因而适用面更广，是对动态物体进行三维测量的发展方向。目前实时测量采用投影仪投影、CCD采集图像后，匹配像素时需要遍历采集的整个图像，才能使所采集到的多帧变形条纹图中被测物体的变化小于一个像素点，从而实时恢复出被测物体的面型，这种整体遍历的匹配过程复杂，处理效率低，对设备性能要求较高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种方法简单、效率高的基于模拟退火算法的实时相位测量轮廓术。

本发明采用的技术方案是：一种基于模拟退火算法的实时相位测量轮廓术，将条纹图投影到在参考平面运动的被测物体上，采集多帧变形条纹图，通过模拟退火算法进行像素匹配得到各帧变形条纹图中与被测物体上某一点的像素一一对应的近似区域条纹图，以近似区域条纹图的中心点为基准圈定一个区域作为运动区域，在所述运动区域内进行像素匹配得到各帧变形条纹图中与被测物体上某一点的像素一一对应的最优区域条纹图，根据所述最优区域条纹图计算被测物体高度调制的相位信息及被测物体高度引起的相位变化，根据相位和高度的对应关系确定被测物体的三维物体表面面形高度分布。

进一步地，所述通过模拟退火算法进行像素匹配的过程为：选定匹配模板，在每一帧图像中随机选取能够与所述匹配模板进行相关度计算的匹配区域，比较对应匹配区域相关度的大小，以保留较大相关度所对应的匹配区域、同时以一定的概率接受较小相关度所对应的匹配区域为基准选取区域条纹图，重复选取区域条纹图的过程，直至满足终止条件，即可获得变形条纹图中与被测物体上的某一点的像素对应的近似区域条纹图。

进一步地，所述通过模拟退火算法进行像素匹配的过程包括如下步骤

步骤1：设定初始参数、终止参数，以采集的第一帧变形条纹图为基准选取匹配模板；

步骤2：在其中一帧变形条纹图中随机选取能够与所述匹配模板进行相关度计算的一区域作为当前区域，计算当前区域与匹配模板之间的第一相关度；

步骤3：在同一帧变形条纹图中随机选取能够与所述匹配模板进行相关度计算的另一区域作为下一区域，计算下一区域与匹配模板之间的第二相关度，比较第一相关度与第二相关度大小；

步骤4：当第二相关度大于等于第一相关度时，以下一区域作为新的当前区域，同时以新的当前区域对应的相关度作为新的第一相关度，继续步骤6；