[发明专利]基于傅里叶变换轮廓术的最小范数迭代解包裹方法及装置

说明书

本发明属于三维重建技术领域，并具体公开了一种基于傅里叶变换轮廓术的最小范数迭代解包裹方法及装置。所述方法包括：生成单帧条纹图案，将单帧条纹图案投射至测量工件表面，获取投射至测量工件表面的调制条纹图；对调制条纹图进行二维傅里叶变换得到二维频谱图，再滤出基频分量进行逆傅里叶变换，得到包裹相位图；根据所述包裹相位图，采用最小范数迭代法得到解包裹相位，引入质量图，并根据该质量图在解包裹过程中对解包裹相位进行迭代修正，得到绝对相位图；根据获取的绝对相位图以及相机的外参与内参，采用相位‑高度转换公式求取测量工件表面的点云数据。本发明适用于高速测量与物体处于移动状态下的场景的测量，提高了测量精度。

技术领域

本发明属于三维重建技术领域，更具体地，涉及一种基于傅里叶变换轮廓术的最小范数迭代解包裹方法及装置。

背景技术

随着计算机分析算法、图像获取精度的快速发展，三维形貌测量技术得以逐步成熟并不断扩展其应用领域。条纹轮廓投影术以其无接触式测量、精度高、速度快、成本低等优点成为了研究热点之一。条纹轮廓投影术需要向测量目标表面投射经过特定编码的图像后，通过相机获取经过物体高度调制的条纹图，再通过相应的解码算法解调出测量目标的相位信息，而相位信息通过反正切函数计算得到，被截断在[-π,π]之间，需要相位解包裹。因此相关的相位解包裹算法成为条纹轮廓投影术的研究重点。

中国专利CN114511763A公开了一种基于深度语义分割网络的相位解包裹方法。采用PCA主成分分析法对全息相位图进行相位去相差，得到样品去相差后的全息相位图；再基于路径传递解包裹，计算相位导数方差，得到质量图并根据质量图质量因子的大小对质量图划分相应区域，不同阈值的质量区采用不同相位解包裹算法进行解包裹，并将质量区融合拼接，得到解包裹相位。这种方法保持了高质量区域的相位精度的同时加强了低质量区域解得的相位的精度。但由于需要将不同质量区先解包裹再融合拼接，因此在拼接处可能出现相位跳变问题，导致精度降低。

中国专利CN111524173A公开了一种基于双参考平面的快速大范围相位解包裹方法。首先利用确定需要测量的空间范围，按照先后顺序利用典型的相位轮廓术获得最近参考面与最远参考面的包裹相位，并解码得到两张绝对相位图。在测量中利用两张绝对相位图作为参考对测量物体的包裹相位图进行解包裹并进行绝对相位修正得到真实的绝对相位图。此方法适用于运动物体的高速三维结构光重建，但由于需要获取两个参考平面的相位图，因此对场地距离要求严格，同时解码精度依赖两个距离较远的参考平面相位图的精度，对环境因素敏感，受噪声影响大，导致该方法测量精度较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于傅里叶变换轮廓术的最小范数迭代解包裹方法及装置，首先获取相机的外参与内参；将生成的单帧条纹图案投射至测量工件表面，再获取调制条纹图，通过傅里叶变换获取频谱图后经过反三角函数计算得到包裹相位图。通过本算法提出的最小范数迭代方法对包裹相位图进行解包裹计算得到解包裹相位图，最后将深度图转换为点云图得到物体三维形貌信息。用于高速测量与物体处于移动状态下的场景的测量，具有计算速度快、测量精度高等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于傅里叶变换轮廓术的最小范数迭代解包裹方法，包括以下步骤：

S1生成单帧条纹图案，将单帧条纹图案投射至测量工件表面，获取投射至测量工件表面的调制条纹图；

S2对调制条纹图进行二维傅里叶变换得到二维频谱图，再滤出基频分量进行逆傅里叶变换，得到包裹相位图；

S3根据所述包裹相位图，采用最小范数迭代法得到解包裹相位，引入质量图，并根据该质量图在解包裹过程中对解包裹相位进行迭代修正，得到绝对相位图；

S4根据获取的绝对相位图以及相机的外参与内参，采用相位-高度转换公式求取测量工件表面的点云数据。

作为进一步优选的，还包括：对测量系统进行标定，获取相机的外参与内参。