[发明专利]一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法

摘要

一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法，基于结构光相移法对物体表面轮廓进行测量，由数字投影仪向作为被测物体的参考平面投射相移光栅，由数字相机采集投射到参考平面上的相移光栅，获得图像系列；依据相移法原理对获得的图像系列进行解相处理，获得表征参考平面轮廓的相位分布，随机选取相位分布的递增方向的N条相位数据作为实际相位分布数据集，用实际相位分布数据集减去相移光栅的已知相位分布，得到相位补偿误差数据集，采用正弦和函数对实际相位分布数据集与相位补偿误差数据集进行曲线拟合，进行相位补偿，以提高物体表面轮廓测量系统的测量精度。

主权项

一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法，基于结构光相移法对物体表面轮廓进行测量，由数字投影仪向作为被测物体的参考平面投射相移光栅，其表达式为：Ik(x，y)＝I0(x，y)+IA(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y)+k·π/2)    (1)其中，I0(x，y)为背景光强，IA(x，y)为投射光栅的动态光强，Ik(x，y)为投射光栅的实际光强，K为相移步数，f0为光栅频率，φ(x，y)为被测物体表面轮廓的相位分布；由数字相机采集投射到参考平面上的相移光栅，获得图像系列I1(x，y)～I4(x，y)： φ ( x , y ) =arctan I 4 ( x , y ) - I 2 ( x , y ) I 1 ( x , y ) - I 3 ( x , y ) - - - ( 2 ) 其特征在于：对设有数字投影仪与数字相机的采集系统，采用曲线拟合的相位补偿方法，以提高物体表面轮廓测量系统的测量精度，包括以下步骤：1)依据相移法原理对获得的图像系列I1(x，y)～I4(x，y)进行解相处理，获得表征参考平面轮廓的相位分布，随机选取相位分布的递增方向的N条相位数据作为实际相位分布数据集，其中N≥10；2)用实际相位分布数据集减去相移光栅的已知相位分布，得到相位补偿误差数据集，采用正弦和函数对实际相位分布数据集与相位补偿误差数据集进行曲线拟合，正弦和函数公式： p ( x ) = Σ i = 1 M a i sin ( b i x + c i ) - - - ( 3 ) 其中，M为正弦和函数阶数，ai，bi，ci为正弦和函数系数，分别为长度为M的向量，x取值范围为实际相位分布数据集，p(x)的取值范围为相位补偿误差数据集；曲线拟合采用最小误差平方和原则，则可获得一定阶数M下的正弦和函数系数ai，bi，ci；4)正弦和函数阶数M与正弦和函数系数ai，bi，ci作为参数保存在物体表面轮廓测量系统中，在测量过程中，当解相得到表征物体表面轮廓的相位时，以此相位作为参数，代入到公式(3)中，将得到的结果作为相位补偿值减去，即得到补偿后的准确相位。