[发明专利]一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法

说明书

本发明涉及结构光三维测量技术领域，具体是一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，步骤S1：采用计算机生成三幅正弦相移条纹和一幅空域二值编码条纹；步骤S2：采用投影仪将所有条纹图像依次投射至被测物体表面，通过摄像机同步采集调制后的所有条纹图像；步骤S3：将采集到的所有条纹图像传送给计算机，计算出正弦相移条纹的截断相位φ(x,y)，步骤S4：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)进行相位解包裹操作；计算得到被测物体的绝对相位ψ(x,y)，重建出被测物体的三维形貌信息，本发明只需要一幅编码条纹便可实现相位解包裹，测量速度更快，同时能够有效避免截断相位和条纹级次的非对齐误差，准确性和鲁棒性更高。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量技术领域，具体是一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法。

背景技术

结构光三维测量技术具有非接触、精度高、速度快、结构简单等优点，广泛应用工业检测、生物医学、农业工程等领域。结构光三维测量系统一般包括投影仪、摄像机和计算机三个部分，其测量流程如下：首先投影仪将条纹图案投射至被测物体表面，摄像机同步采集变形后的条纹图像；然后计算机对条纹图像进行条纹分析，恢复出物体的绝对相位；根据三角测量原理，将绝对相位映射至物体空间，重建出物体的三维形貌。常用的条纹分析方法包括相移法、傅里叶变换、小波变换等，其中相移法具有计算简单、鲁棒性强、准确性高等优势，比较适用于测量具有复杂形貌的物体。然而，上述几种条纹分析方法只能计算出条纹的截断相位，需要进一步地进行相位解包裹，恢复出物体的绝对相位。常用的相位解包裹方法包括格雷码、相位编码、多频、多波长等，其中格雷码属于二值编码方式，目前应用最为广泛。但这些方法一般需要额外投射三幅及以上的编码条纹，不利于实时在线测量。特别地，对于格雷码，解包N个条纹周期至少需要ceil(log₂N)幅编码条纹。因此，如何使用最少数目的编码条纹实现相位解包裹，将有利于提高整个系统的三维测量速度，具有重要的实用价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：一种基于空域二值编码的结构光三维测量方法，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。

进一步的，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：