[发明专利]一种热变形动态三维测量方法

说明书

本发明公开了提出了一种热变形动态三维测量方法，该方法利用了密度较大的条纹的高精度和只使用两个不同的条纹频率的高效率。相位图被分成几个子区域，在每个子区域中相位被独立地展开，通过几何约束从这些子区域的分布候选对象中选择立体匹配像素，基于远心立体显微系统，只需要五种模式就可以实现不同加热温度下样品热变形的高精度实时三维测量。与传统方法相比，基于时间相位分层展开的方法可以获得更高的条纹密度，并且在不需要投影仪校准的情况下，使用与传统方法相同数量的条纹图可以获得更高的测量精度。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种热变形动态三维测量方法。

背景技术

随着数字投影、成像和处理硬件的发展，光学三维表面测量技术发展迅速。特别是，实时三维测量由于具有低成本的实用性、快速、非接触、高分辨率结构光投影系统的特点，已经广泛应用于但不限于机械工程、工业监控、计算机视觉、虚拟现实、生物医学和其他工业应用。自从提出了使用条纹投影的实时三维测量技术以来，许多技术，包括彩色编码投影技术、灰度索引、傅里叶变换轮廓术、顺序投影技术和混合方法，都得到了实际应用。

在一个典型的边缘投影三维测量应用中，计算相机捕获的条纹图像的相位值，得到基于相位匹配算法的多视图之间的匹配关系。在实时测量应用中，需要使用尽可能少的条纹图案来减少由运动引起的测量误差。然而，当条纹密度显著增加时，相位展开的正确性就不能得到保证。使用傅里叶条纹轮廓术可以增加条纹密度，但是对于孤立物体和不连续表面，仍然需要时间相位展开过程。为了在不增加图像个数的情况下使用更高的条纹密度，或者在较少的条纹图像上使用更密集的条纹，学者们提出了基于几何约束的方法来辅助不同视图之间的相位匹配。然而，在这些方法中，一个频率条纹图像仍然不能帮助进一步增加条纹密度。为了在更高频率的条纹图像中准确地展开相位，研究者们提出了在无相位展开的应用中在条纹图案中嵌入散斑或特殊设计的码字。但由于相关算法复杂，测量速度受到限制。双频绝对相位恢复方法也广泛应用于快速三维测量。常用的相位展开技术投射一个粗略的单位频率图像，并使用计算出的相位来帮助展开更精确的相位图。但是，由于噪声会引起相位阶差，所以频率仍然不能太高。提出了基于参考平面和几何约束的双频方法，从频率较高的条纹图像中提取绝对相位。首先根据一定的空间信息对频率相对较低的条纹进行相位展开。为了重建绝对三维数据，投影仪的标定是不可避免的，并且涉及到反投影计算过程，增加了标定的复杂度。

发明内容

本发明提出了一种基于易于校准的显微远心立体视觉系统的立体相位匹配方法，该方法利用了密集条纹的高精度和仅使用两种不同条纹频率的高效率。

本发明的具体技术方案如下：

一种热变形动态三维测量方法,步骤如下：

步骤一.使用五个条纹图进行相位计算，从中分别得到对应于左、右相机的两个“未包裹”相位图；

步骤二.立体匹配过程；

步骤三.根据双视系统的标定参数重建三维点云数据。

优选的，步骤一中：

基于可控相移量，记录到的δ_n相移条纹图可以表示为式(1)，

I_n(u，v)＝I₀(u，v){1+α(u，v)cos[Φ(u，v)+δ_n]} (1)，

其中，(u，v)是摄像机的像素坐标，I₀是平均强度，α是条纹对比度，Φ是要测量的相位分布，δ_n是移位的参考相位，n＝1，…，N；