[发明专利]一种基于复合光栅投影的快速三维测量方法

摘要

本发明涉及基于复合光栅投影的快速三维测量方法，包括：搭建测量系统；进行复合光栅的生成，并烧录至投影系统中；复合光栅投射到被测物表面，调制产生新形状的复合光栅；采集新形状复合光栅，并传送到计算机处理系统中；通过五步相移法解相，分别获取余弦光栅包裹相位和阶梯光栅包裹相位；将阶梯光栅包裹相位进行圆整处理，并结合余弦光栅包裹相位将包裹相位展开成绝对相位；通过绝对相位与被测物深度对应的非线性关系进行物体三维信息的重建。本发明只需要进行一组五幅光栅图片的投影和采集，并通过一次五步相移法就可以进行物体相位的展开；本发明提出的方法在具有相同测量精度的情况下，减少了光栅图片数量的使用，提升了测量速度。

主权项

1.一种基于复合光栅投影的快速三维测量方法，该方法包括下列顺序的步骤：(a)搭建好由投影系统、工业相机和计算机处理系统组成的测量系统；(b)在计算机处理系统进行复合光栅的生成，并将所述复合光栅通过计算机处理系统烧录至投影系统中；(c)所述复合光栅通过投影系统投射到被测物表面，复合光栅经过被测物表面高度调制产生新形状的复合光栅；(d)用工业相机采集所述的新形状复合光栅，并将采集的新形状的复合光栅传送到计算机处理系统中；(e)在计算机处理系统中，经过工业相机采集的新形状的复合光栅通过五步相移法解相，分别获取余弦光栅包裹相位和阶梯光栅包裹相位；(f)将获取的所述阶梯光栅包裹相位进行圆整处理，并结合所述余弦光栅包裹相位将包裹相位展开成绝对相位；(g)通过所述绝对相位与被测物深度对应的非线性关系进行物体三维信息的重建；在所述步骤(a)中，所述测量系统带有同步触发功能，能够瞬间采集投射出去的光栅并传送至计算机处理系统；在所述步骤(b)中，所述复合光栅是由特定周期比的单一余弦光栅和单一阶梯光栅在单颜色通道下复合而成的，其灰度分布的计算公式如下：Ik(x,y)＝I'(x,y)+I”(x,y)cos[φr(x,y)‑r×kπ/5]+I”'(x,y)cos[φs(x,y)‑s×kπ/5]     (1)其中，(x,y)表示像素坐标，I’(x,y)表示复合光栅背景强度，I”(x,y)表示余弦光栅的调制强度，I”’(x,y)表示阶梯光栅的调制强度，φr表示余弦光栅包裹相位，r表示余弦光栅相移量的比例因子，φs表示阶梯光栅包裹相位，s表示阶梯光栅相移量的比例因子，Ik(x,y)表示第k幅复合光栅，k＝0,1,2,3,4；所述步骤(e)中，所述五步相移法的计算公式如下：其中，(x,y)表示像素坐标，φr(x,y)表示余弦光栅包裹相位，r表示余弦光栅相移量的比例因子，φs(x,y)表示阶梯光栅包裹相位，s表示阶梯光栅相移量的比例因子，Ik(x,y)表示第k幅复合光栅，k＝0,1,2,3,4；在所述步骤(f)中，所述圆整处理的计算公式为：K(x,y)＝round[5φs(x,y)/2π]                    (3)其中，φs(x,y)表示阶梯光栅包裹相位，round表示圆整函数，K(x,y)表示圆整后的阶梯光栅包裹相位；所述绝对相位的计算公式如下：Φw(x,y)＝φr(x,y)+K(x,y)·2π                          (4)其中，φr(x,y)表示余弦光栅包裹相位，K(x,y)表示圆整后的阶梯光栅包裹相位，Φw(x,y)表示绝对相位。