[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

说明书

本发明公开了一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量方法及系统，包括：采集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；计算被测物体的复合相移条纹图的截断相位；以及，对复合相移条纹图进行解调，得到对应的变形散斑图；根据求得的截断相位得到多个备选高度值；根据所述多个备选高度值找到对应的参考散斑图；将参考散斑图与变形散斑图进行相关运算，根据相关运算结果筛选得到实际高度值，并根据实际高度值重建得到被测物体的三维面形信息。本发明通过将散斑编码在条纹的相位域中，并设置相应的散斑解调方法对其进行解码，从而利用散斑信息解决截断相位直接映射到高度所存在的高度歧义问题。

技术领域

本发明涉及三维面形测量技术领域，特别涉及一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量方法及系统。

背景技术

光学三维面形测量以其非接触性、灵活、高速、高精度的内在优势，在各行各业发挥着越来越重要的角色，尤其是在工业自动控制与检测、生物医学、智能监控、航空航天等领域。其中傅里叶变换轮廓术和相移测量轮廓术是近年来人们常用的基于条纹投影的三维面形测量方法。傅里叶变换轮廓术仅用一帧条纹图就足以恢复相位，由于其效率高适合于动态三维测量，但用于复杂面形测量时会大大降低测量精度。相比之下，相移测量轮廓术通常更稳健，可以实现更高分辨率和精度的像素级相位测量。

目前，将三角波或散斑等编码信号嵌入到相移条纹图中来辅助相位展开的方法成为了研究热点。但通常的编码方式是将编码信号嵌入到相条纹的强度域中，将编码信号加入到相移条纹图中能提高图片利用率，实现高精度测量，但会牺牲条纹灰度分布的幅度，降低了系统测量精度，且将散斑嵌入条纹的强度域中易受噪声影响，也会增加数据处理的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的将散斑编码在相移条纹的强度域中易受噪声影响降低系统三维测量精度、增加数据处理复杂度的问题，提供一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量方法及系统，通过将散斑编码在条纹的相位域中，并设置相应的散斑解调方法对其进行解码，从而利用散斑信息解决截断相位直接映射到高度所存在的高度歧义问题，由此实现了高精度的复杂三维面形快速测量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于散斑嵌入条纹的三维面形测量方法，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。

优选的，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。