專利名稱：一種物體表面輪廓測(cè)量中的相位補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體表面輪廓的測(cè)量技術(shù)，具體涉及基于結(jié)構(gòu)光相移法的一種物體表面輪廓測(cè)量中的相位補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
物體表面輪廓測(cè)量廣泛應(yīng)用于建筑、工業(yè)制造、生物醫(yī)學(xué)工程與逆向工程等領(lǐng)域， 基于結(jié)構(gòu)光的物體表面輪廓測(cè)量是其中的一個(gè)重要分支。其中采用相移法或格雷碼+相移法的物體表面輪廓測(cè)量，由于其測(cè)量速度快、精度高而被廣泛使用。相移法采用具有移相關(guān)系的η幅正弦光柵作為投影源圖像，向被測(cè)物體投射此η 幅圖像并采集。物體表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)通過處理采集得到的2D光柵圖像，得到物體表面3D 輪廓。以常用的四步相移法為例，測(cè)量系統(tǒng)投射四幅移相關(guān)系為η/2步長的投影源圖像到被測(cè)物體表面，此四幅圖像均為相同頻率的正弦光柵，且圖像間滿足公式(1)。Ik (x, y) = I0 (χ, y) +Ia (χ, y) cos (2 Ji f0x+ φ (χ，y) +k · π /2) (1)其中，I0 (χ, y)為背景光強(qiáng)，Ia(χ, y)為投射光柵的動(dòng)態(tài)光強(qiáng)，Ik(χ, y)為投射光柵的實(shí)際光強(qiáng)，K為相移步數(shù)，&為光柵頻率，Φ (x,y)為被測(cè)物體表面輪廓的相位分布，可通過公式(2)計(jì)算獲取。在此，由于在相移法中，物體表面輪廓的反射系數(shù)分布在公式(2)中作為參數(shù)被化簡(jiǎn)，故未在公式中體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種物體表面輪廓測(cè)量中的相位補(bǔ)償方法，基于結(jié)構(gòu)光相移法對(duì)物體表面輪廓進(jìn)行測(cè)量，由數(shù)字投影儀向作為被測(cè)物體的參考平面投射相移光柵，其表達(dá)式為Ik (X，y) = I0 (X，y) +Ia (x，y) cos (2 π f0x+ Φ (χ, y) +k · π /2) (1)其中，Itl(χ，y)為背景光強(qiáng)，Ia(χ，y)為投射光柵的動(dòng)態(tài)光強(qiáng)，Ik(χ，y)為投射光柵的實(shí)際光強(qiáng)，K為相移步數(shù)，f0為光柵頻率，Φ (χ, y)為被測(cè)物體表面輪廓的相位分布；由數(shù)字相機(jī)采集投射到參考平面上的相移光柵，獲得圖像系列I1U, y) I4(χ，y)￠(^) = ^7^-7^ (2) A(^Jy)-A(^Jy)其特征在于對(duì)設(shè)有數(shù)字投影儀與數(shù)字相機(jī)的采集系統(tǒng)，采用曲線擬合的相位補(bǔ)償方法，以提高物體表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度，包括以下步驟1)依據(jù)相移法原理對(duì)獲得的圖像系列I1U,y) I4(χ，y)進(jìn)行解相處理，獲得表征參考平面輪廓的相位分布，隨機(jī)選取相位分布的遞增方向的N條相位數(shù)據(jù)作為實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集，其中N > 10;2)用實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集減去相移光柵的已知相位分布，得到相位補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)集， 采用正弦和函數(shù)對(duì)實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集與相位補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)集進(jìn)行曲線擬合，正弦和函數(shù)公式Mp{x) - ^ Ci1 sin(么τ +C1)(3)其中，M為正弦和函數(shù)階數(shù)，ai; bi; Ci為正弦和函數(shù)系數(shù)，分別為長度為M的向量，X取值范圍為實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集，P (χ)的取值范圍為相位補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)集；曲線擬合采用最小誤差平方和原則，則可獲得一定階數(shù)M下的正弦和函數(shù)系數(shù)bi; Ci ；4)正弦和函數(shù)階數(shù)M與正弦和函數(shù)系數(shù)^，bi; Ci作為參數(shù)保存在物體表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)中，在測(cè)量過程中，當(dāng)解相得到表征物體表面輪廓的相位時(shí)，以此相位作為參數(shù)，代入到公式(3)中，將得到的結(jié)果作為相位補(bǔ)償值減去，即得到補(bǔ)償后的準(zhǔn)確相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體表面輪廓測(cè)量中的相位補(bǔ)償方法，其特征在于補(bǔ)償后的相位用于對(duì)物體表面輪廓信息的三維重建，相位補(bǔ)償方法不受后續(xù)重建方法的影響，對(duì)于正弦和函數(shù)階數(shù)的選擇，當(dāng)測(cè)試環(huán)境理想且參考平面光滑時(shí)，采用較高階的正弦和函數(shù)進(jìn)行曲線擬合，取階數(shù)范圍為6 < M < 8，M e N ；反之，采用較低階的正弦和函數(shù)進(jìn)行曲線擬合，取階數(shù)范圍為3彡M彡5，M e N。
全文摘要
一種物體表面輪廓測(cè)量中的相位補(bǔ)償方法，基于結(jié)構(gòu)光相移法對(duì)物體表面輪廓進(jìn)行測(cè)量，由數(shù)字投影儀向作為被測(cè)物體的參考平面投射相移光柵，由數(shù)字相機(jī)采集投射到參考平面上的相移光柵，獲得圖像系列；依據(jù)相移法原理對(duì)獲得的圖像系列進(jìn)行解相處理，獲得表征參考平面輪廓的相位分布，隨機(jī)選取相位分布的遞增方向的N條相位數(shù)據(jù)作為實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集，用實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集減去相移光柵的已知相位分布，得到相位補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)集，采用正弦和函數(shù)對(duì)實(shí)際相位分布數(shù)據(jù)集與相位補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)集進(jìn)行曲線擬合，進(jìn)行相位補(bǔ)償，以提高物體表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102506760SQ201110369108
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者劉欣冉, 周平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)