一种基于参考相位估计的相位展开方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115235374A(43)申请公布日2022.10.25(21)申请号202210818527.X(22)申请日2022.07.12(71)申请人安徽农业大学地址230031安徽省芜湖市长江西路130号(72)发明人王玉伟徐洪志汪宇杨坤灵朱浩杰(74)专利代理机构深圳市广诺专利代理事务所(普通合伙)44611专利代理师王欢(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于参考相位估计的相位展开方法(57)摘要本发明公开了一种基于参考相位估计的相位展开方法，包括：步骤S1：搭建条纹投影系统，采集被物体调制的条纹图像，并利用相移法从条纹图像中提取截断相位φ(x,y)；步骤S2：计算截断相位φ(x,y)的梯度图gX(x,y)和gY(x,y),估计出绝对相位Φ(x,y)的梯度图GX(x,y)和GY(x,y)；步骤S3：计算梯度图GX(x,y)和GY(x,y)的平均值，生成一组参考相位Φr(x,y,m)，并计算条纹级次k(x,y,m)，通过相位展开获得一组绝对相位Φ(x,y,m)；步骤S4：计算绝对相位Φ(x,y,m)的梯度图GX(x,y,m)和GY(x,y,m)，然后计算绝对相位Φ(x,y,m)的边缘图，记录边缘点数目最少的绝对相位Φ(x,y,m*)；步骤S5：标定条纹投影系统，将绝对相位Φ(x,y,m*)映射至三维物理空间，重建出被测物体的三维形貌。直接利用截断相位估计参考相位，通过对比截断相位和参考相位便可实现相位展开，具有速度快、精度高、鲁棒CN115235374A性强等优点。CN115235374A权利要求书1/2页1.一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：搭建条纹投影系统，包括投影仪、摄像机和计算机三部分，投影仪负责投影相移条纹至被测物体表面，摄像机负责采集物体调制的条纹图像，计算机负责分析处理条纹图像，利用相移法从条纹图像中提取截断相位φ(x,y)；步骤S2：计算截断相位φ(x,y)沿着X轴和Y轴方向上的梯度图gX(x,y)和gY(x,y),根据截断相位φ(x,y)和绝对相位Φ(x,y)的数学关系，估计出绝对相位Φ(x,y)沿着X轴和Y轴方向上的梯度图GX(x,y)和GY(x,y)；步骤S3：分别计算梯度图GX(x,y)和GY(x,y)的平均值，然后设置相移量生成一组参考相位Φr(x,y,m)，并逐个利用参考相位Φr(x,y,m)计算截断相位φ(x,y)所对应的条纹级次k(x,y,m)，通过相位展开获得一组绝对相位Φ(x,y,m)；步骤S4：分别计算绝对相位Φ(x,y,m)沿着X轴和Y轴方向上的梯度图GX(x,y,m)和GY(x,y,m)，然后计算绝对相位Φ(x,y,m)的边缘图，并统计边缘点数目，记录边缘点数目最少的绝对相位Φ(x,y,m*)；步骤S5：标定条纹投影系统的几何参数，然后将绝对相位Φ(x,y,m*)映射至三维物理空间，便可重建出被测物体的三维形貌。2.根据权利要求1所述的一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于：所述步骤S1中，摄像机采集的条纹图像可表示为：In(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+2πn/N]；式中：n＝1,…,N；(x,y)表示条纹图像的像素坐标；A(x,y)表示背景强度；B(x,y)表示调制强度；2πn/N表示第n幅条纹图像的相移量。3.根据权利要求1所述的一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于：所述步骤S1中，利用相移法计算截断相位φ(x,y)的数学公式如下：因为上式中包含反正切运算，所以截断相位φ(x,y)的取值区间为[‑π,+π]。4.根据权利要求1所述的一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于：所述步骤S2中，截断相位φ(x,y)沿着X轴和Y轴方向上的梯度图gX(x,y)和gY(x,y)的计算公式如下：5.根据权利要求1所述的一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于：所述步骤S2中，绝对相位Φ(x,y)沿着X轴和Y轴方向上的梯度图GX(x,y)和GY(x,y)的计算公式如下：2CN115235374A权利要求书2/2页6.根据权利要求1所述的一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于：所述步骤S3中，参考相位Φr(x,y,m)的数学表达式为：Φr(x,y,m)＝xα+yβ+2πm/M；式中：α＝mean[GX(x,y)]和β＝mean[GY(x,y)]分别表示梯度图GX(x,y)和GY(x,y)的平均值；m＝0,1,2,...,M‑1；2πm/M表示相移量。7.根据权利要求1所述的一种基于参考相位估计的相位展开方法，其特征在于