一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102506760A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102506760A(43)申请公布日2012.06.20(21)申请号201110369108.4(22)申请日2011.11.18(71)申请人东南大学地址215123江苏省苏州市工业园区林泉街399号东南大学苏州研究院(72)发明人周平刘欣冉(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人奚幼坚(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书55页页附图附图33页(54)发明名称一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法(57)摘要一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法，基于结构光相移法对物体表面轮廓进行测量，由数字投影仪向作为被测物体的参考平面投射相移光栅，由数字相机采集投射到参考平面上的相移光栅，获得图像系列；依据相移法原理对获得的图像系列进行解相处理，获得表征参考平面轮廓的相位分布，随机选取相位分布的递增方向的N条相位数据作为实际相位分布数据集，用实际相位分布数据集减去相移光栅的已知相位分布，得到相位补偿误差数据集，采用正弦和函数对实际相位分布数据集与相位补偿误差数据集进行曲线拟合，进行相位补偿，以提高物体表面轮廓测量系统的测量精度。CN102567ACN102506760A权利要求书1/1页1.一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法，基于结构光相移法对物体表面轮廓进行测量，由数字投影仪向作为被测物体的参考平面投射相移光栅，其表达式为：Ik(x，y)＝I0(x，y)+IA(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y)+k·π/2)(1)其中，I0(x，y)为背景光强，IA(x，y)为投射光栅的动态光强，Ik(x，y)为投射光栅的实际光强，K为相移步数，f0为光栅频率，φ(x，y)为被测物体表面轮廓的相位分布；由数字相机采集投射到参考平面上的相移光栅，获得图像系列I1(x，y)～I4(x，y)：其特征在于：对设有数字投影仪与数字相机的采集系统，采用曲线拟合的相位补偿方法，以提高物体表面轮廓测量系统的测量精度，包括以下步骤：1)依据相移法原理对获得的图像系列I1(x，y)～I4(x，y)进行解相处理，获得表征参考平面轮廓的相位分布，随机选取相位分布的递增方向的N条相位数据作为实际相位分布数据集，其中N≥10；2)用实际相位分布数据集减去相移光栅的已知相位分布，得到相位补偿误差数据集，采用正弦和函数对实际相位分布数据集与相位补偿误差数据集进行曲线拟合，正弦和函数公式：其中，M为正弦和函数阶数，ai，bi，ci为正弦和函数系数，分别为长度为M的向量，x取值范围为实际相位分布数据集，p(x)的取值范围为相位补偿误差数据集；曲线拟合采用最小误差平方和原则，则可获得一定阶数M下的正弦和函数系数ai，bi，ci；4)正弦和函数阶数M与正弦和函数系数ai，bi，ci作为参数保存在物体表面轮廓测量系统中，在测量过程中，当解相得到表征物体表面轮廓的相位时，以此相位作为参数，代入到公式(3)中，将得到的结果作为相位补偿值减去，即得到补偿后的准确相位。2.根据权利要求1所述的物体表面轮廓测量中的相位补偿方法，其特征在于：补偿后的相位用于对物体表面轮廓信息的三维重建，相位补偿方法不受后续重建方法的影响，对于正弦和函数阶数的选择，当测试环境理想且参考平面光滑时，采用较高阶的正弦和函数进行曲线拟合，取阶数范围为6≤M≤8，M∈N；反之，采用较低阶的正弦和函数进行曲线拟合，取阶数范围为3≤M≤5，M∈N。2CN102506760A说明书1/5页一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法技术领域[0001]本发明涉及物体表面轮廓的测量技术，具体涉及基于结构光相移法的一种物体表面轮廓测量中的相位补偿方法。背景技术[0002]物体表面轮廓测量广泛应用于建筑、工业制造、生物医学工程与逆向工程等领域，基于结构光的物体表面轮廓测量是其中的一个重要分支。其中采用相移法或格雷码+相移法的物体表面轮廓测量，由于其测量速度快、精度高而被广泛使用。[0003]相移法采用具有移相关系的n幅正弦光栅作为投影源图像，向被测物体投射此n幅图像并采集。物体表面轮廓测量系统通过处理采集得到的2D光栅图像，得到物体表面3D轮廓。以常用的四步相移法为例，测量系统投射四幅移相关系为π/2步长的投影源图像到被测物体表面，此四幅图像均为相同频率的正弦光栅，且图像间满足公式(1)。[0004]Ik(x，y)＝I0(x，y)+IA(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y)+k·π/2)(1)[0005]其中，I0(x，y)为背景光强，IA(x，y)为投射光栅的动态光强，Ik(x，y)为投射光栅的实际光强，K为相移步数，f0为光栅频率，φ(x，y)