一种三频彩色条纹投影三维测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102322822A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102322822A(43)申请公布日2012.01.18(21)申请号201110225971.2(22)申请日2011.08.08(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人周翔赵宏邹海华杨涛刘锐刘振军(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人徐文权(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图5页(54)发明名称一种三频彩色条纹投影三维测量方法(57)摘要本发明公开了一种三频彩色条纹投影三维测量方法：使计算机生成彩色条纹图，将该彩色条纹图经数字投影仪投影至被测物面，彩色CCD在另一角度拍摄变形彩色条纹图，将含高频条纹的颜色通道与含中频条纹的颜色通道相减得到高、低频复合的条纹图；继而进行分解，分离高、中载频分量；同理，将含中、低频率分量的颜色通道相减，再进行分解得到中、低载频分量；以二维短时傅立叶变换解调得到的高、中、低各载频分量包裹相位，按低、中、高载频分量依次完成包裹相位展开，得到高频载频项的展开相位，由此展开相位恢复物体高度。该测量方法采用三频彩色条纹投影技术，形成基于单帧拍摄的全场三维测量技术，可以快速实现动态物体的全场三维轮廓测量。CN10238ACCNN110232282202322831A权利要求书1/2页1.一种三频彩色条纹投影三维测量方法，其特征在于，计算机生成彩色条纹图，其RGB三个颜色通道分别由低、中、高三种载频的正弦条纹生成，RGB三个颜色通道对应的三个正弦条纹的载频高低排列顺序是任意的，高、中及中、低载频大小之比均大于2且小于10；将该彩色条纹图经数字投影仪的RGB三个彩色通道同时投影至被测物面，彩色CCD在另一角度拍摄变形彩色条纹图，将变形彩色条纹图中含高频条纹的颜色通道与含中频条纹的颜色通道相减以消减背景光强，得到高、低频复合的条纹图；继而用二维经验模式分解BEMD进行分解，分离高、中载频分量；同理，将含中、低频率分量的颜色通道相减，得到中、低频复合的条纹图，用二维经验模式分解BEMD分解得到中、低载频分量；以二维短时傅立叶变换解调得到的高、中、低各载频分量包裹相位，最后以变精度去包裹算法按低、中、高载频分量依次完成包裹相位展开，得到高频载频项的展开相位，由此展开相位恢复物体高度。2.根据权利要求1所述的三频彩色条纹投影三维测量方法，其特征在于，所述彩色条纹图中的正弦条纹分布方向包括水平、竖直和任意倾斜三种。3.根据权利要求1所述的三频彩色条纹投影三维测量方法，其特征在于，将所述变形条纹图RGB三分量两两相减以消除背景光强分布，具体方法按照如下步骤进行：第一步，由24位彩色变形条纹图RGB三通道得到三幅条纹图；第二步，B、G条纹图相减，得到复合频率条纹图，进而用二维经验模式分解BEMD对其分解，得到BIMF1分量和BIMF2分量，分别对应高频和中频分量；第三步，R、G条纹图相减，得到复合频率条纹图，使用二维离散小波变换降噪，以去除其中残留的高频条纹分量，再用二维经验模式分解BEMD对其分解，得到BIMF1分量和BIMF2分量，则分别对应中频和低频分量；经过上述步骤，使彩色条纹图全局的高、中、低各载频分量彻底分开，实现颜色解耦。4.根据权利要求1所述的三频彩色条纹投影三维测量方法，其特征在于，在实施二维经验模式分解BEMD时，采用形态学方法找寻条纹图极值点，采用二维自适应移动平均算法构造上、下包络曲面。5.根据权利要求4所述的三频彩色条纹投影三维测量方法，其特征在于，首先定义条纹图的脊线和谷线为极值点，接着采用如下迭代方法找寻脊线和谷线：1)对载频条纹图进行二值化，采用细化方法找寻脊线，并作为初始位置；2)使用梯度法计算脊线法线方向，并沿法线方向找寻局部极值点，利用膨胀和细化算法连接这些极值点，作为新的脊线；3)重复步骤1)至2)直到两次脊线位置差值小于预先设定的参数，由此得到极大值点分布图；4)采用相反的二值化并重复上述步骤1)至3)得到谷线，即极小值点分布图。6.根据权利要求5所述的三频彩色条纹投影三维测量方法，其特征在于，进一步构造彩色条纹图上、下包络曲面，方法如下：a)首先对极大值点分布图采用欧式距离变换，将其分割为若干小区域；b)将每个小区域中的像素值用该小区域中的极大值点代替，形成粗糙的条纹图上包络曲面；c)对于小区域中的每个像素点，以该小区域内最远两像素点距离为该像素点的窗口半径参数，则每个小区域的像素点都得到不用于其它小区域的窗口半径参数；2CCNN110232282202322831A权利要求书2/2页d)以此半径参数对步骤b)中粗糙的条纹图上包络曲面进行变窗口自适应二维移动