[发明专利]基于可编程控制器的三维测量光栅条纹的生成方法

说明书

本发明公开了一种基于可编程控制器的三维测量光栅条纹的生成方法，其步骤如下：A、正弦亮度向量的预写入：由查表得正弦亮度值x_k＝255sin[π(k‑1)/K]，组成正弦亮度向量X_K,X_K＝{x₁,x₂,…,x_k,…x_K}并写入可编程控制器的ROM中；B、光栅条纹图像的生成：VGA模块在像素时钟信号的控制下，得到光栅条纹图像中的第n条条纹的亮度值进而得到光栅条纹图像Z，可编程控制器将光栅条纹图像Z送VGA模块；C、投影。该方法能用可编程控制器在现场实时生成三维测量所需的条纹光栅，避免了携带笨重、昂贵的计算机，携带方便，现场三维测量时省力、专用性强，操作方便，测量成本低。

技术领域

本发明涉及一种三维测量光栅条纹的生成方法。

背景技术

光栅条纹由等间距呈规律变化的大量等宽平行条纹光构成，如正弦光栅条纹是强度按正弦规律变化的一系列平行条纹光，罗奇光栅条纹是强度按方波变化的一系列条纹光。光栅投影轮廓术(Fringe Projection Profilometry，FPP)是使用光栅条纹对物体进行轮廓测量(三维测量)的技术；其原理和步骤是：(1)用投影设备将等间距的一系列条纹光，投影到完全平整的参考平面，再用相机拍摄并记录下参考平面上的光栅条纹，得到光栅条纹基准图像并存储；由于参考平面完全平整，光栅条纹中的所有条纹的入射路径与反射路径的变化规律是相同的，也即相机上得到的光栅条纹图像与投射出的光栅条纹的等间距变化规律一致；相机上得到的光栅条纹图像不会发生变形。(2)测量时，用投影设备将等间距的各光栅条纹，投影到位于参考平面处的待测物体表面，再用相机拍摄并记录待测物体表面，得到待测物体上的光栅条纹图像；由于待测物体表面不平整、有凹凸(有高度变化)，光栅条纹中的各条纹光从投影设备投射到待测物体的凹凸处，再反射到相机的距离、角度发生变化，使得相机上得到的待测光栅条纹图像与投射出的光栅条纹的等间距规律发生变化：也即投影在被测物体表面的光栅条纹受到了被测物体表面高度的调制，待测光栅条纹的相位(条纹的位置)也会随之变化。(3)三维测量算法以存储的基准光栅条纹图像为基准，对待测光栅条纹图像，进行分析、处理、标定，得到待测光栅条纹图像的连续相位分布信息，并转化为物体表面真实高度信息，从而得到三维物体的轮廓形状。

目前，在利用光栅投影轮廓术进行三维测量时，光栅条纹的生成，需要通过编程调用相应的函数(如正弦光栅的生成需要调用正弦波函数)等复杂计算，必须依靠计算机方可完成。也即在现场使用光栅投影轮廓术进行三维测量时，必须使用计算机生成光栅条纹，再由投影设备将其投射到待测物体上面。在实际工程应用中，计算机携带不方便，成本高，且其界面专用性低，操作麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可编程控制器的三维测量光栅条纹的生成方法，该方法能用可编程控制器在现场实时生成三维测量所需的条纹光栅，避免了携带笨重、昂贵的计算机，携带方便，现场三维测量时省力、专用性强，操作方便，测量成本低。

本发明实现其发明目的采用的技术方案是，一种基于可编程控制器的三维测量光栅条纹的生成方法，其步骤如下：

A、正弦亮度向量的预写入：

将K个像素亮度值x₁,x₂,…,x_k,…x_K，组成正弦亮度向量X_K,X_K＝{x₁,x₂,…,x_k,…x_K}；其中，x_k＝255sin[π(k-1)/K]由查表得出，k是正弦亮度向量中像素亮度值的序号，K是正弦亮度向量中像素亮度值的总个数、K＝2～256；可编程控制器将正弦亮度向量X_K写入可编程控制器的ROM；

B、光栅条纹图像的生成