本發(fā)明涉及到數(shù)字化測量，尤其涉及一種基于同步掃描相移的對比度解調方法。

背景技術：

1、基于結構光照明的顯微三維測量方法具有非接觸、無損傷、高精度、高效率和適應性廣的特點。其基本原理是利用成像后的正弦光柵條紋對比度值對物體表面高度信息敏感的特性實現(xiàn)三維檢測，具體過程為將物理光柵或數(shù)字微鏡陣列dmd所產(chǎn)生的正弦光柵條紋通過光學顯微系統(tǒng)投影到物體表面，在該測量系統(tǒng)中物理光柵或數(shù)字微鏡陣列dmd與待測物體表面處于光學成像共軛位置，光柵成像和物體表面成像同步清晰或模糊，因此可利用代表光柵模糊程度的條紋對比度信息來表征物體表面像素點的聚焦程度，并且當條紋對比度取得最大值時代表光柵條紋成像最清晰，也即待測物體相應的區(qū)域成像最清晰。隨后通過縱向掃描待測物體同步獲得條紋縱向對比度響應曲線，結合峰值擬合和峰值定位算法實現(xiàn)對物體表面的高度映射，從而實現(xiàn)對物體表面的三維測量。

2、其中，對比度解調算法是結構光照明測量方法的核心步驟，其解調精度和效率直接決定了最終的測量精度及效率?，F(xiàn)有的對比度解調算法主要分為多次掃描解調和單次掃描解調兩大類，前者以基于相移技術的調制解調算法為代表，后者以基于全局傅里葉變換技術的對比度解調算法為代表。前者多次掃描解調算法在同一掃描位置需采集多幅成像圖片進行求解對比度，其特點是計算過程涵蓋圖像所有信息，解調精度高、適用范圍廣、測量對象多樣，但同時由于采圖過程復雜、數(shù)據(jù)處理量大導致其測量效率低，不適用于快速測量及動態(tài)測量。后者單次掃描解調算法在同一掃描位置只需采集一幅成像圖片進行求解對比度，其特點是測量系統(tǒng)簡單、數(shù)據(jù)處理量小、測量效率高，但其數(shù)據(jù)處理過程中不可避免的丟失了物體的高頻信息，導致其解調精度較低，不適用于超高精度測量及陡變邊緣檢測。

3、公開號為cn102589479a，公開日為2012年07月18日的中國專利文獻公開了三維形貌中心攝動復合光柵投影測量方法及裝置，測量方法包括如下步驟：用四個不同頻率的載波光柵分別調制與其方向垂直的四幀相移正弦光柵，其中對第四幀相移正弦光柵的中心條紋的亮度進行改變，疊加形成中心攝動復合光柵；用lcd顯示器投射中心攝動復合光柵到被測物體上得到受物體面型調制的變形光柵；對變形光柵進行二維傅里葉變換，用合適的帶通濾波器濾波，然后進行傅里葉逆變換并取模值，得到變形的相移光柵條紋；針對頻譜混疊，對相移光柵條紋的背景和對比度進行校正；針對濾波過程的影響，對相移光柵條紋的相移量進行校正；最后利用改進的四步相移法求得折疊相位，根據(jù)加入的攝動信息，得到受被測物體面型調制的相位分布；中心攝動復合光柵的疊加形成，進一步細化為：四個載波頻率的倒數(shù)呈等差數(shù)列；四幀正弦光柵相移條紋采用滿周期等相移法，即相鄰正弦光柵相移條紋的相移量為π/2；對第四幀正弦光柵的中心條紋的亮度進行改變，使位于中心的條紋包含有不同于其他條紋的編碼信息，形成攝動信息。

4、該專利文獻公開的三維形貌中心攝動復合光柵投影測量方法及裝置，雖然能夠提高光學三維測量速度，但是精度較低。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種基于同步掃描相移的對比度解調方法，本發(fā)明通過將投影條紋相移及掃描采圖并行操作，利用局部傅里葉變換實現(xiàn)了對比度的快速高精度解調。

2、本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

3、一種基于同步掃描相移的對比度解調方法，包括以下步驟：

4、步驟a、搭建結構光照明測量系統(tǒng)；

5、步驟b、通過結構光照明測量系統(tǒng)進行縱向掃描，計算機控制數(shù)字微鏡陣列產(chǎn)生正弦光柵條紋圖，用白光光源照射數(shù)字微鏡陣列產(chǎn)生結構光場，結構光場投影到待測物體上，ccd相機捕捉反射光場成像，ccd相機記錄反射光場并將圖像存儲到計算機中；

6、步驟c、獲取縱向光強響應曲線，縱向提取每一個掃描位置的光強值得到光強函數(shù)；

7、???式1

8、其中，為單個像素點隨掃描位置變化的光強曲線，為背景光強，為光柵條紋對比度信息，為定值，為相移步數(shù)，為為掃描位置；

9、步驟d、對式1作局部傅里葉變換處理，得到光強曲線的頻譜信息，包括光強頻譜的零頻信息和光強頻譜的基頻信息；

10、???????式2

11、其中，為光強曲線的頻譜信息，為光強頻譜的負基頻信息，為光強頻譜的零頻信息，為光強頻譜的正基頻信息；

12、步驟e、對光強曲線的頻譜信息進行濾波，以基頻曲線頂點為中心，以基頻曲線半寬為半徑設計矩形濾波窗口，使用矩形濾波窗口處理光強頻譜，得到濾波后的基頻信息；

13、步驟f、對濾波后的基頻信息通過傅里葉逆變換并取模得到單個像素點隨掃描位置變化的對比度函數(shù)；

14、???????式3

15、其中，對比度最大值，為投影條紋空間頻率，為點擴散參數(shù)。

16、所述步驟a中，結構光照明測量系統(tǒng)包括白光光源、數(shù)字微鏡陣列、第一透鏡、ccd相機、第二透鏡、分光鏡、顯微物鏡和載物臺，白光光源照射數(shù)字微鏡陣列產(chǎn)生測量所需的結構光場，結構光場依次經(jīng)過第一透鏡、分光鏡和顯微物鏡投影到位于載物臺的待測物體上，反射光場依次通過顯微物鏡、分光鏡和第二透鏡到達ccd相機。

17、所述載物臺為壓電陶瓷位移臺。

18、所述步驟b中，結構光場投影到待測物體上是指結構光場依次經(jīng)過第一透鏡、分光鏡和顯微物鏡投影到位于壓電陶瓷位移臺的待測物體上。

19、所述步驟b中，ccd相機捕捉反射光場成像是指反射光場依次通過顯微物鏡、分光鏡和第二透鏡到達ccd相機中，通過ccd相機成像。

20、所述步驟b中，反射光場是指光源將結構光場投影到待測物體表面后形成的反射光，包括待測物體表面形貌和反射率信息。

21、所述步驟b中，縱向掃描具體是指壓電陶瓷位移臺每掃描一次，數(shù)字微鏡陣列同時切換一幅含相位差的正弦光柵條紋圖，同時ccd相機采集成像，重復操作直至整個掃描結束。

22、所述步驟d中，局部傅里葉變換是指對單個像素點光強曲線進行傅里葉變換。

23、所述步驟e中，對光強曲線的頻譜信息進行濾波具體是指濾除光強頻譜的零頻信息和光強頻譜的基頻信息。

24、所述步驟f中，點擴散參數(shù)通過式4計算；

25、???????????式4

26、其中，為掃描位置，為掃描步距，為顯微鏡頭焦距，為常量。

27、所述步驟f中，取模具體是指取傅里葉逆變換后的絕對值。

28、本發(fā)明所述ccd相機是指帶有電荷耦合器件圖像傳感器的數(shù)碼相機。

29、本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在以下方面：

30、1、本發(fā)明，較現(xiàn)有技術而言，通過將投影條紋相移及掃描采圖并行操作，利用局部傅里葉變換實現(xiàn)了對比度的快速高精度解調。

31、2、本發(fā)明，由于將掃描和相移并行操作，因而相比傳統(tǒng)多步相移解調而言，極大的減少了數(shù)據(jù)量，且比傳統(tǒng)傅里葉變換解調具有更高的精度。

32、3、本發(fā)明，有效的結合了傳統(tǒng)基于多步相移和全局傅里葉變換，實現(xiàn)了條紋對比度的快速高精度解調，為結構光照明測量性能的進一步提升奠定了基礎。

33、4、本發(fā)明，相較于傳統(tǒng)基于多步相移的對比度解調而言，由于數(shù)據(jù)處理量大大減少，從而能夠有效提升解調效率。

34、5、本發(fā)明，相較于傳統(tǒng)基于全局傅里葉的對比度解調而言，在縱向掃描時，每掃描一次，數(shù)字微鏡陣列同時切換一幅具有相位差的正弦光柵條紋圖，同時ccd相機采集成像，掃描和相移并行、循環(huán)進行，像素點在掃描方向就表現(xiàn)為理想的調制信號，通過提取像素點在每幅圖像中的光強值即可獲得，能夠節(jié)省每個位置投影正弦光柵條紋圖的時間，實現(xiàn)快速高精度解調。