[发明专利]一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法

权利要求书

1.一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：包括有以下步骤：

步骤S1：采用计算机根据三步相移算法生成三幅正弦相移条纹，根据空域二值编码原理生成一幅空域二值编码条纹；

步骤S2：采用投影仪将步骤S1中生成空域二值编码条纹和所有正弦相移条纹依次投射至被测物体表面，通过摄像机同步采集调制后的空域二值编码条纹和所有正弦相移条纹；

步骤S3：将采集到的调制后的空域二值编码条纹和所有正弦相移条纹传输至计算机，并计算出正弦相移条纹的截断相位φ(x,y)；

步骤S4：利用截断相位φ(x,y)进行条纹周期T分割，分割出若干个条纹周期T，结合空域二值编码条纹，逐个确定每个条纹周期T对应的条纹级次k(x,y)；

步骤S5：对截断相位φ(x,y)进一步地进行相位解包裹操作，结合截断相位φ(x,y)和条纹级次k(x,y)，计算得到被测物体的绝对相位ψ(x,y)，将被测物体的绝对相位ψ(x,y)减去参考平面的绝对相位，便能够重建出被测物体的三维形貌信息。

所述步骤S4中计算条纹级次k(x,y)，包括有以下步骤：

步骤S41：利用截断相位φ(x,y)进行条纹周期T分割，分别计算出两个掩模区域：

步骤S42：U(x,y)的第m个连通域U_m和V(x,y)的第n个连通域V_n是否存在一定重叠，是，则判定连通域U_m和连通域V_n属于同一个条纹周期T，这样就可以分割出各个条纹周期T,否，判定连通域U_m和连通域V_n不属于同一个条纹周期T；

其中m和n分别为U(x,y)的某个连通域的次序和V(x,y)的某个连通域的次序；

步骤S43：属于同一个条纹周期T的连通域U_m和连通域V_n结合空域二值编码条纹，便可分割出每个条纹周期T所对应的二值码元，然后根据条纹级次k(x,y)与二值码元的一一对应关系，便可以得到每个条纹周期T对应的条纹级次k(x,y)。

2.根据权利要求1所述的一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：所述步骤S1中的正弦相移条纹的强度表达式表示为：

其中a和b为常数，P为投影仪的像素，n为正弦相移条纹的数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：所述步骤S2中的采集调制后的正弦相移条纹的强度表达式表示为：

I_n(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+2πn/3],(n＝1,2,3).......(4)

其中A(x,y)为背景强度，B(x,y)为调制强度。

4.根据权利要求1所述的一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：所述步骤S3中摄像机将采集到的调制后的空域二值编码条纹和所有正弦相移条纹传输至计算机，利用三步相移算法计算出正弦相移条纹的截断相位φ(x,y)：

其中I₁、I₂、I₃分别为三幅变形正弦相移条纹图像I_n(x,y)的强度；

由于上式中包括反正切函数，计算得到的φ(x,y)其取值区间为[0,2π]。

5.根据权利要求1所述的一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：所述步骤S5中被测物体的绝对相位ψ(x,y)的计算公式为：

ψ(x,y)＝φ(x,y)+2πk(x,y)....................(6)

6.根据权利要求2所述的一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：所述步骤S1中正弦相移条纹的强度表达式中的a和b均为0.5。

7.根据权利要求1所述的一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，其特征在于：所述步骤S41中的δ取值为π/2。