[发明专利]一种最优量化相位编码三维测量方法

说明书

本发明公开了一种最优量化相位编码三维测量方法，由相移法基本原理、相位编码方法基本原理和相位解包裹原理三大部分组成。步骤包括：首先利用计算机生成四幅正弦条纹图和四幅量化相位编码条纹图；其次通过特定的编码序列来调制量化编码相位，特定的编码序列可以有效提高解码的准确性；然后将特定的量化编码相位嵌入正弦条纹图中，再利用一个特定的虚拟平面求解出最终的条纹级次，继而得到物体的绝对相位；最后利用相位‑高度转换公式得到物体真实的三维信息。本方法可以产生较多的码字，有较强的鲁棒性，由于使用特定的虚拟平面连接分段条纹级次，无需投影额外条纹图，提高了测量速度，且对复杂物体的三维测量具有潜在的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，具体涉及一种最优量化相位编码三维测量方法。

背景技术

随着现代工业与信息技术的快速发展，对物体的三维测量的速度和精度要求越来越高。在众多获取物体的三维信息的方法中，光学的三维测量技术广泛涉及光学成像、计算机技术、光电子信息、图像处理等各类学科，并具有集其它测量方法的优势于一体的特点，逐渐成为三维形貌测量领域的趋势。光学三维测量技术实际上是用二维投影图像重建三维物体的面形，即从二维投影图像中获取信息，进而通过对数字信息的处理得出物体三维空间内的几何尺寸。其中基于光栅条纹投影的三维测量方法是光学三维测量方法中热门的测量方法之一，对于获取三维表面信息具有不可替代的优越性，近年来在实用性和商业性的应用中取得显著的进展。

传统的相位编码方法最少需要六幅图能才求得绝对相位，但是由于传统的相位编码方法在码字较多的时候容易求解错误，因此研究者们提出了分段相位编码方法，以双步相位编码方法为例，需要投影额外的一组相位编码条纹图来连接分段条纹级次，增加了投影条纹图数目。后来学者们又提出了量化相位编码方法，解决了传统方法码字少的问题，但仍然需要投影额外的条纹图来求解最终的条纹级次。因此，如何采用更少的投影条纹帧数来求解待测物绝对相位成为了突破口。

本发明提出一种最优量化相位编码三维测量方法，在(0,2π)内将量化等级提高到最优，增大了码字的数量，相比于传统的相位编码方法，具有较高的测量精度和速度，在快速测量领域中具有潜在的应用前景和实用价值。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种最优量化相位编码三维测量方法，此方法利用特定编码序列量化编码相位，相邻相位之差大于等于3，在(0,2π)内将量化等级设置为最优(L＝7)，比传统相位编码方法产生更多的码子，且耗时短，测量精度高，在复杂物体的三维测量领域中具有潜在的应用前景和实用价值。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种最优量化相位编码三维测量方法，该方法包括下列步骤：

步骤一、利用计算机生成四幅正弦条纹图和四幅量化相位编码条纹图；

步骤二、利用特定的编码序列来调制量化编码相位，特定的编码序列可以有效提高解码的准确性；

步骤三、将特定的量化编码相位嵌入正弦条纹图中，利用相机捕获的八幅条纹图求得包裹相位和分段条纹级次；

步骤四、利用一个特定的虚拟平面将分段条纹级次连接成最终连续的条纹级次，继而得到物体的绝对相位；

步骤五、通过获得的绝对相位，再利用相位-高度转换公式得到待测物体真实的三维信息。

优选的，所述的步骤一中计算机生成的四幅正弦条纹图分别表示为I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)、I₄(x,y)，其四幅图的光学表达式分别为：

其中A(x,y)为背景光强，B(x,y)为调制强度，T为条纹周期数。