[发明专利]一种基于二值条纹三维测量的相位补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于二值条纹解相的三维测量方法，首先，通过投影1幅二值条纹图像，利用条纹级次分布特点，将携带物体相位信息的图像分割成两个条纹掩膜，利用连通域对白色像素点进行阶梯式标记，以此获得条纹级次，其次，由于环境噪声等干扰因素导致解相时出现跳变误差，提出了通过融合半周期位移级次的方法来对相位进行补偿，利用解相的二值条纹来获取半周期错位的互补级次根据条纹级次和互补级次实现解相进行实验验证；本文方法解决了相位展开时出现的毛刺问题，并以平板为测量对象，利用本文方法测得的均方根误差为0.1980 mm，且只需要1幅图像即可完成解相，具有良好的鲁棒性和有效性，可应用于快速测量领域。

技术领域

本发明涉及一种结构光三维快速测量领域，具体是一种基于二值条纹三维测量的相位补偿方法。

背景技术

随着科学技术和生产制造水平的不断提高，在工业产品的研究设计中，测量技术对于外形轮廓的测量要求也越来越高，传统的测量技术难以满足需求，快速测量与高精度测量开始广泛应用于各种领域。光栅投影三维测量技术，又称条纹投影轮廓术（FPP），具有结构简便、高精度、非接触、适合在线测量等优点，作为一种新兴的快速测量方法，其研究为数字化三维测量技术领域带来了新的探索途径，因而受到众多研究工作者的广泛关注。

在实际测量时，由于实验室周围环境噪声的干扰，相机镜头散焦以及待测物体表面反射率的不均匀产生的反光现象，导致采集的二值条纹图像不是理想的0、1分布，出现周期错位，在相位的2跳变点附近引入相位展开误差，使最后的绝对相位值的变化不连续。因此，减少环境噪声等影响始终是一个关键点。

为了解决环境噪声的影响，国内外学者提出许多方法。在对静态场景进行测量时，通过投影一幅全黑和一幅全白的图像来确定二值化阈值（Laughner J I, Zhang S, Li H,et al. Mapping cardiac surface mechanics with structured light imaging[J].American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 2012, 303(6): H712-H720.），通过投影的正弦条纹的均值来确定二值化阈值（Wu Z , Zuo C , GuoW , et al. High-speed three-dimensional shape measurement based on cycliccomplementary Gray-code light[J]. Optics Express, 2019, 27(2):1283.），不需要额外投影图像。一种附加二值条纹的相位误差校正方法（刘路,潘艳娟,奚冬冬,王玉伟,唐七星.相位编码条纹投影轮廓术的相位展开误差校正方法[J].应用光学,2020,41(05):978-983.），新引入的一幅半周期错位的二值条纹根据条纹级次的特性使级次位移半周期，原级次与位移级次的互补特性可以有效消除相位展开误差。除此之外，在对动态场景进行测量时，通过投影一个额外的格雷码来扩展该码字（Zhang Q , Su X , Xiang L , et al. 3-Dshape measurement based on complementary Gray-code light[J]. Optics andLasers in Engineering, 2012, 50(4):574-579.），并使用传统码字和附加码字的不同和互补的边界位置来解决边沿跳变问题。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够明显消除因边沿跳变产生的误差，并实现高精度测量的同时提升测量速度的基于二值条纹三维测量的相位补偿方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于二值条纹三维测量的相位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据所投正弦条纹确定二值条纹；