[发明专利]基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法及装置。该装置包括计算机、可见光投影仪、红外投影仪、2CCD相机和半透半反镜；所述计算机分别与可见光投影仪、红外投影仪、2CCD相机连接；所述可见光投影仪和红外投影仪位于同一水平面；可见光投影仪和半透半反镜之间的距离与红外投影仪和半透半反镜之间的距离相同；所述半透半反镜垂直于水平面并且与可见光投影仪和红外投影仪的光轴均呈45°夹角。该方法将红、绿、蓝三颜色通道的三幅条纹图像复合为一幅复合彩色图像，同时投射复合彩色图像和红外图像，2CCD相机同时采集复合彩色和红外两幅图像，减少了投射条纹图像的数量，实现了单次测量即可得到物体的三维形貌，提高了测量速度。 1

主权项

1.一种基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)调节可见光投影仪和红外投影仪光路同轴：1.1)调节可见光投影仪、红外投影仪和半透半反镜的相对位置关系，使得可见光投影仪投射的图像通过半透半反镜透射，红外投影仪投射的图像通过半透半反镜反射；1.2)通过微调节可见光投影仪、红外投影仪和半透半反镜的位置直到可见光投影仪的图样和红外投影仪的图样重合，并且保证前后移动被测物体到任何位置均实现重合，从而实现可见光投影仪和红外投影仪的同光轴光路；2)完成可见光投影仪和红外投影仪之间的匹配：2.1)建立世界坐标系中的投影仪空间物点P(Xw,Yw,Zw)和投影仪坐标系中的投影仪成像点p(up,vp)之间的透视投影关系，如式(1)所示；s[up,vp,1]＝Mp[Rp Tp][Xw,Yw,Zw,1]T＝Hp[Xw,Yw,Zw,1]T        (1)式(1)中Mp为投影仪的内部参数，Rp为世界坐标系到投影仪坐标系的旋转矩阵，Tp为世界坐标系到投影仪坐标系的平移向量，Hp为投影矩阵；对可见光投影仪和红外投影仪分别应用式(1)，建立世界坐标系中投影仪空间物点P(Xw,Yw,Zw)和可见光投影仪坐标系中的投影仪成像点p(up1,vp1)之间的透视投影关系，如式(2)所示；s[up1,vp1,1]＝Mp1[Rp1Tp1][Xw,Yw,Zw,1]T＝Hp1[Xw,Yw,Zw,1]T    (2)建立世界坐标系中投影仪空间物点P(Xw,Yw,Zw)和红外投影仪坐标系中的投影仪成像点p(up2,vp2)之间的透视投影关系，如式(3)所示；s[up2,vp2,1]＝Mp2[Rp2Tp2][Xw,Yw,Zw,1]T＝Hp2[Xw,Yw,Zw,1]T    (3)2.2)由式(2)和(3)推导得出红外投影仪到可见光投影仪的图像变换关系如式(4)所示，完成可见光投影仪和红外投影仪之间的匹配；红外投影仪投射的图像经过式(4)运算即可获得和可见光投影仪一样的位置关系，从而该装置可以作为可见光通道和红外通道并行四通道使用，同时投射条纹图像；[up1,vp1]＝Hp1Hp2‑1[up2,vp2]                 (4)2.3)可见光通道和红外通道的匹配效果验证：可见光投影仪的可见光通道和红外投影仪的红外通道分别投射满足最佳条纹个数的一组图像到被测物体的表面，2CCD相机同时采集两组图像，分别对采集的两组图像解调相位，得到两组绝对相位，将两组绝对相位做差，得到的相位误差位于允许误差的范围；3)提出红、绿、蓝和红外并行四颜色通道条纹调制和解调技术，得到绝对相位：3.1)软件产生满足最佳三条纹选择法的三组正弦条纹编码到可见光投影仪的红、绿、蓝通道和红外投影仪的红外通道，投射到被测物体表面；可见光投影仪的红通道和蓝通道分别编码条纹个数为64的正弦条纹图，红、蓝通道的两幅正弦条纹图之间的相位差是90°；可见光投影仪的绿通道编码条纹个数为63的正弦条纹图，红外投影仪的红外通道编码条纹个数为56的正弦条纹图；3.2)2CCD相机同时采集被测物体表面变形的红外通道条纹图像和红、绿、蓝通道复合条纹图像；3.3)可见光投影仪的红、蓝通道应用两步相移法，获得折叠相位；可见光投影仪的绿通道应用傅里叶变换，获得折叠相位；红外投影仪的红外通道应用傅里叶变换，获得折叠相位；可见光投影仪的绿通道和红外投影仪的红外通道获得的折叠相位用于决定条纹级次；结合两步相移法、傅立叶变换技术和最佳三条纹选择法，从单次采集的两幅条纹图像获得各个像素点的绝对相位信息；4)标定三维成像装置，把绝对相位转换为三维数据，恢复被测物体的三维形貌。基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法