[发明专利]一种分时复用快速三维扫描及其数据处理方法

摘要

提出一种分时复用快速三维扫描方法，包括三个步骤：“分时复用”三维扫描；正弦条纹图时频复合编码与解调；相移图片的识别与自动排序；其中步骤3还包括下列步骤：(a)提取相移图有效区域；(b)快速二维傅里叶变换；(c)高通滤波器滤波；(d)提取相移图特征频率并进行判断；(e)相移图排序。利用本发明的方法能够在多角度三维测量时大大缩短测量时间，提高测量速度。此外，本发明还提出了一种正弦条纹图时频复合编码与解调方法，利用该方法可大大减少相移图数量，在降低硬件成本的同时进一步提高扫描速度。本发明还提出一种相移图自动识别与排序方法，该方法可有效提高三维扫描成功率。

主权项

1.一种分时复用快速三维扫描及其数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：令T表示触发信号的周期，T_e表示投影仪和CCD的曝光时间，T_ri(i＝1，2，…n)表示第i个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间，其中T_r1＝0us，即测头1不延时，T_r2≥T_e，T_r3≥T_r2+T_e，以此类推，直到测头n，其中n为该扫描速度下所允许的最大测头数；取T_r2＝T_e，T_r3＝2×T_e，…；T_m＝(n‑1)×T_e，这样能最充分地利用方波周期内的闲置时间，从而使得n值达到最大，因此n的确定条件为：T_m+T_e≤T     (1)式中T_m表示第n个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间；包括下列数据处理步骤：(1)编码方法正弦条纹图时频复合编码与解调方法需要6帧条纹图，其数学表达式如(2)‑(4)所示，前4帧{I_{i＝1，2，3，4}}为步长π/2高频相移图的光强，f₁为高频载频；后两帧分别为1帧中频I₅和1帧低频载频条纹图I₆，f₂为中频载频，f₃为低频载频；高、中、低相邻载频比范围为2～8倍；I₅(x)＝A+B·cos(2πf₂x)     (3)I₆(x)＝A+B·cos(2πf₃x)    (4)式中{I_{i＝1，2，3，4}}为步长π/2高频相移图的光强，I₅(x)为中频相移图的光强，I₆(x)为低频相移图的光强；A为背景项，B为载频幅值，x为被测物体的横向坐标；{f_{i＝1，2，3}}分别为高、中、低三频条纹图的载频；(2)解调方法投影仪投影上述6帧载频正弦条纹图至投影对象的表面，相机采集6帧，得到图像的数学表达式如公式(5)‑(7)所示；前4帧高频相移图的光强采用相移方法计算得到高频相位分布2πf₁φ(x)；采用求和方法得到被测体面反射率分布a(x)；用第5帧高频相移图的光强减去被测体面反射率分布a(x)，即用第6帧高频相移图的光强减去被测体面反射率分布a(x)，即消减中频和低频条纹的背景项噪声，去除背景项噪声后的中频和低频分别用傅里叶变换轮廓术解调相位；假设那么低频解包裹相位利用公式(5)‑(9)依次得到中频和高频的解包裹相位图；最终由有高频相位解包裹图恢复被测表面高度；式中b(x)为载频幅值分布；为高频的包裹相位，为中频的包裹相位，为低频的包裹相位；φ₂(x)为由计算得到的展开相位，φ₁(x)为由φ₃(x)计算得到的展开相位；INT为取整运算。