[发明专利]一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量方法，其特征在于，包括：

A、将复合相移条纹图投影到被测物体表面上，以采集所述被测物体的复合相移条纹图；

其中，所述复合相移条纹图为相位域中嵌入散斑的N步相移条纹图，N为整数，且N≥3；

B、利用相移算法计算所述被测物体的复合相移条纹图的截断相位；以及，利用散斑解调算法对所述被测物体的复合相移条纹图进行解调，得到对应的变形散斑图；

C、根据求得的截断相位在预先存储的相位-高度映射表中进行查找，得到多个备选高度值；

D、根据所述多个备选高度值在预先存储的参考散斑图集中找到与所述多个备选高度值相对应的参考散斑图；利用所找到的参考散斑图与所述变形散斑图进行相关运算，根据相关运算结果从所述备选高度值中筛选得到实际高度值，并根据所述实际高度值重建得到所述被测物体的三维面形信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先存储的相位-高度映射表的求解过程，包括：

在空间中标定多个高度值，将参考平面依次移动至所述多个高度值处，当所述参考平面位于某一高度值处时，投影所述复合相移条纹图到所述参考平面上，并采集所述参考平面在当前高度值处的复合相移条纹图；以此得到所述参考平面在所述多个高度值处的复合相移条纹图；其中，所述多个高度值之间高度间隔相同；

利用相移算法对所述参考平面在所述多个高度值处的复合相移条纹图进行计算，得到所述多个高度值处的截断相位，根据所述多个高度值处的截断相位以及所述多个高度值标定所述相位-高度映射表，并存储所述相位-高度映射表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用散斑解调算法对所述参考平面在所述多个高度值处的复合相移条纹图进行计算，得到所述多个高度值处的参考散斑图；

根据所述多个高度值处的参考散斑图以及所述多个高度值标定所述参考散斑图集，并存储所述参考散斑图集。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，选择相关函数NCC作为所述相关运算的函数，根据所述相关运算结果的最大值从所述备选高度值中筛选得到所述实际高度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在求解所述多个高度值处的参考散斑图的同时，存储所述参考散斑图的强度值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：采用基于中值滤波的方法对所述被测物体的三维面形信息的部分区域进行高度补偿。

7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述被测物体的复合相移条纹图为：

I₁(x，y)＝A+Bsin[φ(x，y)+S(x，y)]

I₂(x，y)＝A-Bsin[φ(x，y)-S(x，y)]

I₃(x，y)＝A-Bcos[φ(x，y)+S(x，y)]

I₄(x，y)＝A+Bcos[φ(x，y)-S(x，y)]

其中，A表示背景强度，B表示调制强度，φ(x，y)为测量相位，S(x，y)为嵌入的散斑图，x，y为像素坐标。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述散斑解调算法为：

其中，ε表示无穷小量。

9.一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量系统，其特征在于，包括：

投影仪，用于将复合相移条纹图投影到被测物体表面上；

相机，用于采集所述被测物体的复合相移条纹图并传输至数据处理模块；其中，所述复合相移条纹图为相位域中嵌入散斑的N步相移条纹图，N为整数，且N≥3；

数据处理模块，用于利用相移算法计算所述被测物体的复合相移条纹图的截断相位；以及，利用散斑解调算法对所述被测物体的复合相移条纹图进行解调，得到对应的变形散斑图；并根据求得的截断相位在预先存储的相位-高度映射表中进行查找，得到多个备选高度值；并根据所述多个备选高度值在预先标定的参考散斑图集中找到所述多个备选高度值对应的参考散斑图；利用所找到的参考散斑图与所述变形散斑图进行相关运算，根据相关运算结果从所述备选高度值中筛选得到实际高度值，并根据所述实际高度值重建得到所述被测物体的三维面形信息。