[发明专利]一种基于二值光栅离焦投影的三维测量方法

摘要

本发明公开了一种基于二值光栅离焦投影的三维测量方法，步骤为：(1)计算机设计生成二值光栅图像；(2)将光栅图像经投影仪离焦投影到被测目标上；(3)用摄像机采集变形的光栅图像，并传输到计算机；(4)利用四步相移法求得主值相位；(5)利用灰阶码法对主值相位进行相位展开；(6)对摄像机和投影仪进行标定，根据空间交汇法计算出被测目标的三维坐标信息。本发明基于正弦条纹的对称性和周期性设计生成测量所需的二值光栅，在投影仪不同程度的离焦投影环境下，均能够提高相位信息的质量，更加适用于离焦投影三维测量。

主权项

1.一种基于二值光栅离焦投影的三维测量方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：利用计算机设计生成大小为M行N列的二值光栅图像B，条纹周期为T；所述步骤1的具体步骤为：步骤1.1：构建大小为S_x×S_y的二值块B₁，初始化参数S_y为2，取值范围为2到10，S_x由下式确定：其中，even表示偶数，odd表示奇数；步骤1.2：初始化二值块B1，将二值块的每个像素随机赋值为0或1；步骤1.3：优化二值块B1，二值块的像素个数为N＝Sx×Sy，当前像素的序号用m表示，即m＝1,2,...,N‑1,N，跳变多像素的个数用参数k表示，取值范围为[2,7]；某次跳变像素的个数用n表示，即n＝2,3,...,k‑1,k；步骤1.4：保持Sy值不变，重复执行步骤1.2和步骤1.3多次产生许多候选二值块；步骤1.5：改变Sy值，选取范围内的下一个值，回到步骤1.2；步骤1.6：选择最佳二值块Bm；步骤1.7：生成整幅二值光栅图像，利用正弦条纹的对称性和周期性，将最佳二值块Bm通过处理操作生成完整大小的二值光栅图像；步骤2：将二值光栅图像B通过投影仪离焦投射到被测目标上；步骤3：用摄像机采集变形的光栅图像，并传输到计算机，得到大小为r行c列的图像，表示为：In(x,y)＝I′(x,y)+I″(x,y)cos[φ(x,y)+2πn/4]；其中，n＝0,1,2,3，In(x,y)为第n幅图像的灰度值，I′(x,y)为条纹光强的背景值，I″(x,y)为调制强度，φ(x,y)为待求的主值相位分布，(x,y)表示变形光栅图像中各像素的二维坐标，取值范围分别为：1≤x≤r,1≤y≤c；步骤4：利用四步相移法求解主值相位φ(x,y)：步骤5：利用灰阶码法将主值相位进行相位展开得到绝对相位θ(x,y)：θ(x,y)＝φ(x,y)+2k(x,y)π,其中k(x,y)为整数，表示(x,y)点所处的光栅条纹周期次数；步骤6：对摄像机和投影仪进行标定，获取投影仪与摄像机的对应像素点对；根据空间交汇法求得目标物体的三维坐标信息。