[发明专利]一种光栅投影三维测量方法及装置

说明书

本发明公开一种光栅投影三维测量方法及装置，采集两幅经待测物体调制的变形光栅图，两幅变形光栅图之间具有一定相移值；基于两幅变形光栅图的光强度，利用广义相移算法获得主值相位；基于主值相位获得待测物体三维形貌。本发明基于两幅变形光栅图的光强度，利用广义相移算法获得主值相位，再由主值相位获得物体三维形貌，整个过程只需记录两幅变形光栅图即可，且光栅图之间的相移值可以是任意未知量，降低了对仪器精度及环境的要求，基于该技术构建的三维测量系统测量效率高、应用范围广和仪器成本低。

技术领域

本发明涉及光栅投影三维测量领域，具体涉及一种光栅投影三维测量方法及装置。

背景技术

光栅投影相位测量三维轮廓技术通过连续投射多幅相移光栅图，并拍摄经被测物体表面调制而发生变形的光栅图，根据有一定相位差的多幅变形光栅条纹图像，通过相移算法计算图像中每个像素的相位值，然后经过解包裹和系统标定，最终计算出物体表面三维轮廓信息。光栅投影相位测量轮廓技术具有非接触、全场测量、高分辨率和快速处理等优点，被广泛应用于自动化生产、逆向设计、机器视觉、虚拟现实、医学影像诊断等领域。

目前光栅投影相位测量三维轮廓技术，需要记录至少三幅变形条纹图，为了减小误差一般情况下需要记录四幅以上，且相邻条纹图之间的相移值必须相等，在测量过程中必须使物体保持静止，因此限制了测量仪的测量效率和应用范围。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种光栅投影三维测量方法及装置，使测量仪需要记录的光栅图由四幅减少到两幅，并且相邻光栅图之间的相移量可以是任意值，提高了测量仪的测量效率和应用范围。

本发明的技术方案为：一种光栅投影三维测量方法，包括以下步骤：

采集两幅经待测物体调制的变形光栅图，两幅变形光栅图之间具有一定相移值；

基于两幅变形光栅图的光强度，利用广义相移算法获得主值相位；

基于主值相位获得待测物体三维形貌。

进一步地，基于两幅变形光栅图的光强度，利用广义相移算法获得主值相位，具体包括：

两幅变形光栅图的光强度表达式为：

其中，I_u(x，y)表示坐标(x，y)像素点的光强度值，u＝1、2，a(x，y)表示背景强度，b(x，y)为调制系数，f₀为光栅频率，表示经待测物体表面面形调制的相位分布，α为两幅变形光栅图之间的相移值；

2)根据公式(1)和(2)，推算出背景强度a(x，y)和相位的表达式，以下将a(x，y)简写为a，简写为b(x，y)简写为b，I₁(x，y)简写为I₁，I₂(x，y)简写为I₂：

3)将公式(2)改写为：

其中，c＝b cosα，d＝b sinα；

4)根据公式(1)、(3)、(4)和(5)，利用最小二乘法计算出c和d，最小二乘法计算式为：

其中，M表示像素行数，N表示像素列数，求和号∑表示对变形光栅图中所有像素求和；

5)计算相移值α＝tan^-1(d/c)；

6)计算调制系数

7)将所计算相移值α和调制系数b代入公式(2)，计算出主值相位