[发明专利]基于标志点的全局绝对相位对齐方法、存储介质和系统

说明书

本发明公开了一种基于标志点的全局绝对相位对齐方法、存储介质和系统，方法适用于采用空间相位展开算法进行相位解包裹场合，系统采用该方法输出了三维信息，主要解决了如何对齐测量平面相位与投影仪像平面全局绝对相位的问题。主要步骤包括：在投射条纹图像时，额外投射一幅标志点图像；通过阈值分割、边缘提取、最小外接矩形方法，提取出标志点中心；根据已有的测量平面解包裹相位图，得到该测量平面上标志点位置的相位级次k_i，(i＝1,2,3…)；已知在投影仪中，标志点处的全局绝对相位级次为j，记Δk＝j‑k，将测量平面解包裹相位图上所有像素点的条纹级次都加上Δk，即可使得测量平面相位与全局绝对相位对齐。本发明只需一幅标志点图像即可使得测量平面相位与全局绝对相位对齐，准确性高，兼具鲁棒性与效率。

技术领域

本发明涉及结构光智能三维测量领域，尤其涉及一种基于标志点的全局绝对相位对齐方法、存储介质和系统。

背景技术

结构光测量系统主要由结构光投射装置、摄像机、图像采集及处理系统组成。测量原理是想被测物体投射一定结构的光模型，如点光源、线光源、十字光条、正弦光栅和编码光等，结构光受被测物体表面信息的调制而发生形变，利用图像传感器记录变形的结构光条纹图像，并结合系统的结构参数来获取物体的三维信息。结构光测量系统具有便携性好、操控性高、测量速度快、测量精度高等优点，已成为多行业测量的首选技术。

其中，数字光栅投影轮廓术(Fringe Projection Profilometry，FPP)作为最具代表性的结构光投影技术，具有成本低、检测精度高、测量速度快等优点。通常测量流程如下：首先，投影仪投射条纹图像到被测物体表面，相机采集经过物体调制后的条纹图像；对采集到的图像进行分析，恢复出物体表面条纹图像的绝对相位；根据三角测量原理，对物体表面进行三维重建。常用的条纹分析法包括傅里叶变换法、小波变换法、相移法等。其中相位测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry，PMP)是目前得到广泛应用的结构光投影测量技术。然而，上述条纹分析方法只能得到条纹的包裹相位，需要对该包裹相位图进行进一步解包裹，才能恢复出物体表面条纹的绝对相位。

通常，相位展开方法有空间相位展开法和时间相位展开法两种。时间相位展开法的基本思想是让投影的结构光频率随时间变化，形成时间轴上的序列，每个像素点沿着时间轴进行解包裹，实现各个像素点之间互相独立的相位展开。因此，时间相位展开方法能够很好地恢复相位，但是由于需要捕获更多的图像，降低了测量速度。空间相位展开只需要一幅包裹相位图，利用相邻相位点的不连续性，通过相加或相减条纹级次求得展开后的连续相位。空域解包裹算法速度快，因此十分适用于对检测速度有要求的在线测量场景。

在结构光测量系统中，由于成像系统的限制，投影仪投射条纹图像的中心部分成像质量较好，而四周较差。因此一般情况下相机的视野只覆盖投影仪投射条纹的中间一部分。由于空域解包裹是根据相邻相位点的不连续性对相位进行恢复的，因此根据空域解包裹法求出的相位并不是全局绝对相位。因此，需要对空域解包裹后得到的相位图进行重新或进一步展开，以得到与投影仪像平面条纹级次相匹配的全局绝对相位。

数字光栅投影轮廓术大多采用投影仪(DLP)来投射条纹图像，再利用傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry，FTP)或相位测量轮廓术(Phase MeasuringProfilometry，PMP)求解包裹相位。由于数字投影设备的限制，投射到测量平面上的条纹成像质量中心较好，四周较差。为提高结构光测量系统的测量精度，通常使相机的成像范围局限于投射条纹的中心部分。而空域解包裹是根据相邻相位点的不连续性对相位进行恢复的，因此根据空域解包裹法求出的相位并不是全局绝对相位，如图1所示。为得到全局绝对相位，需要对空域解包裹后的相位进行进一步展开。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于标志点的全局绝对相位对齐方法、存储介质和系统，其能解决如何对齐测量平面相位与投影仪像平面全局绝对相位的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：