一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113686263A(43)申请公布日2021.11.23(21)申请号202110836175.6(22)申请日2021.07.23(71)申请人安徽农业大学地址230036安徽省合肥市蜀山区长江西路130号(72)发明人王玉伟申军蔡家旭时国龙刘路王亚军(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人陈丽萍(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法，具体包括以下步骤：步骤S1：搭建条纹投影三维测量系统，包括投影仪和摄像机；步骤S2：投影仪依次投射N幅相移条纹图案投射到运动物体表面，摄像机同步采集运动物体调制后的变形的相移条纹图像；步骤S3：利用N步相移法求解相移条纹的截断相位φ1；构建组合相位；采用直方图均衡化处理组合相位得到校正的组合相位；步骤S4：构建样条插值函数f(φ1)，消除引入的离散性相位误差，则φ3＝f(φ1)表示优化的截断相位；步骤S5：针对优化的截断相位φ3进行相位展开，获得连续的绝对相位Φ3，将所述绝对相位Φ3转换为高度信息，重建出运动物体的三维形貌。CN113686263ACN113686263A权利要求书1/2页1.一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：搭建一个条纹投影三维测量系统，包括投影仪和摄像机，所述投影仪和摄像机同步触发开启工作，投影仪、摄像机和运动物体三者构成三角测量关系；步骤S2：投影仪依次投射N(其中N≥3)幅相移条纹图案投射到运动物体表面，由于运动物体表面形貌的调制作用，相移条纹发生变形，摄像机同步采集运动物体调制后的变形的相移条纹图像；步骤S3：利用N步相移法求解相移条纹的截断相位φ1；为消除因物体运动引入的相位误差，构建组合相位[φ1,mod(φ1+π,2π)]，其中mod表示求余函数；采用直方图均衡化处理组合相位[φ1,mod(φ1+π,2π)]得到校正的组合相位[φ2,mod(φ2+π,2π)]，其中φ2表示校正的截断相位；步骤S4：因为校正的截断相位φ2是离散值，未校正的截断相位φ1是连续值，为进一步消除因直方图均衡化引入的离散性相位误差，选择校正的截断相位φ2作为函数值，未校正的截断相位φ1的均值作为自变量，构建样条插值函数f(φ1)，则φ3＝f(φ1)表示优化的截断相位；步骤S5：针对优化的截断相位φ3进行相位展开，获得连续的绝对相位Φ3，通过系统标定过程得到相位‑高度转换关系，将连续的绝对相位Φ3转换为高度信息，重建出运动物体的三维形貌。2.根据权利要求1所述的一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，投影仪所投射的相移条纹图案，其强度表达式如下：式中：n＝0,1,2,...,N‑1；(xp,yp)表示投影仪的像素坐标；T表示条纹周期；2πn/N表示相移量。3.根据权利要求1所述的一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法，其特征在于：所述步骤S2,摄像机所采集的相移条纹图像，其强度表达式如下：In(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ0(x,y)+2πn/N+εn(x,y)]；式中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；A和B分别表示平均强度、调制强度；φ0表示理想的截断相位；εn表示因物体运动引入的额外相移量；其中，对于刚性运动物体而言，额外相移量εn可认为是常量(AppliedOptics，2018，57(36):10364‑9)。4.根据权利要求1所述的一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，利用N步相移法求解相移条纹的截断相位φ1：理论分析得知，理想的截断相位φ0的概率分布是均匀的，求解的截断相位φ1的概率分布是不均匀的(OpticsExpress，2019，27(22):32047‑57)；相位误差Δφ1＝φ1‑φ0呈现周期性分布，其周期是相移条纹周期的两倍(OpticsExpress，2018，26(26):34224‑35)；根据上述特性，优选采用直方图均衡化处理组合相位[φ1,mod(φ1+π,2π)]得到校正的组合相位[φ2,mod(φ2+π,2π)]，并从中提取校正的截断相位φ2，其目的是减少物体形貌对2CN113686263A权利要求书2/2页直方图分布的影响；当然，也可以采用直方图均衡化直接处理未校正的截断相位φ1得到校正的截断相位φ2。3CN113686263A说明书1/4页一种基于相移条纹投影的刚性运动物体三维测量方法技术领域[0001]