CN105300317A - 基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法，由三角波条纹编码原理、正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理、三维测量原理三大关键部分组成。本发明的优点是：（1）与传统的正弦条纹投影方法相比：传统测量手段中，通常需要大于等于6幅条纹图像，才能实现绝对相位的测量，本方法只需分别投影2幅正弦条纹和2幅三角波条纹，提高了测量速度；（2）采用了两幅线性三角波条纹，通过计算三角波强度调制和强度对比度来得到包裹相位，可以减小物体表面反射率的影响，从而进一步提高了测量精度。（3）由于投影条纹幅数少，测量速度快，本方法在动态物体的快速、实时三维测量中具有潜在的应用前景和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维测量方法，具体涉及一种基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法。
背景技术
结构光投影轮廓术由于非接触、全场无损耗测量、测量速度快、灵敏度高和自动化程度高等优点，在三维测量中有重要意义。三维测量系统如图1所示，包括DLP投影仪1、CCD2、工作站3、测量支架4、参考平面5和待测物体6；DLP投影仪1和CCD2放在测量支架4上；DLP投影仪1、CCD2分别通过数据线连接工作站3；待测物体6放在参考平面5上；工作站3内包含图像采集卡、投影软件、测量软件。DLP投影仪1将带有特征信息的条纹聚焦投射到被测物体6表面，由CCD2采集条纹信息，经过工作站3处理后提取出特征信息，并按照特定算法进行三维重建。DLP投影仪1光轴和CCD2光轴相交于O点。DLP投影仪1和CCD2为同一高度，它们之间的距离为d，它们到参考平面的距离为l 0 。被测物体6的高度计算公式为：
（1）
其中f 0为参考平面上的正弦条纹频率，为物体表面图像和参考平面图像对应点的连续相位差。
通过对国内外研究现状及发展动向分析研究，传统的三维测量技术己经发展较为成熟，但多为静态测量，由于投影和采集速度不高及投影条纹的帧数多，无法实现运动物体的三维测量和形貌重构。近年来高速、实时和高精度的三维测量在物体形变分析、工业自动检测、医学诊断、人脸识别等方面都有着广泛的应用，并且随着采集设备、投影设备、高速处理器的性能提升，高速、实时和高分辨率的三维测量方法成为研究的热点。因此，尽量减少投影条纹的帧数成为高速、实时和高精度的三维测量的突破口。传统测量手段中，通常需要大于等于6幅的条纹图像，才能实现绝对相位的测量，耗时长，直接影响测量速度。本发明提出一种基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法，此方法只需投射二帧正弦条纹和二帧三角波条纹，耗时短，从而提高测量速度，适合快速、实时三维测量的场合。除此之外，采用了两幅线性三角波条纹方法，通过计算三角波强度调制和强度对比度来得到包裹相位，可以减小物体本身反射率的影响，同时采用三角波条纹可以减小gamma效应的影响，从而进一步提高了测量精度。
随着工业自动化技术的飞速发展，物体表面形貌高速、实时、高精度的三维测量方法越来越受到广大研究者的重视。其中的一个关键问题就是如何减少完成一次相位测量所需的条纹图像数量。因为测量的三维数据是由相位通过标定转换而来，所以使用的条纹图像数量越少，在同一时间段内，能完成的相位测量次数就会越多，能实现三维测量的次数也就会越多。本发明所述的一种基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法正是在这一背景下提出的。
发明内容
本发明提出了一种基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法，该方法较传统的正弦条纹投影的三维测量方法，本方法只需分别投影2幅正弦条纹和2幅三角波条纹，提高了三维测量速度。
本发明是这样来实现的，一种基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法，由三角波条纹编码原理、正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理、三维测量原理三大关键部分组成；其特征在于：
三角波条纹编码原理，通过编码，投影一个周期的三角波条纹；
正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理，2幅正弦条纹和2幅三角波条纹分离出的4个强度，使用相移法得到截断相位值，再通过提取CCD记录的三角波条纹的强度，通过三角波条纹二步相移方法得到包裹相位，然后利用四幅条纹相位求解方法求出条纹级次，通过解相公式进行相位解包裹，得到连续相位值。
所述三维测量原理，利用相位-高度公式：
（2）
得到物体表面每一点的高度信息。
本发明的优点是：（1）与传统的正弦条纹投影方法相比：通常需要大于等于6幅的条纹图像，才能实现绝对相位的测量，本方法只需分别投影2幅正弦条纹和2幅三角波条纹，提高了三维测量速度；（2）采用了两幅线性三角波条纹方法，通过计算三角波强度调制和强度对比度来得到包裹相位，可以减小物体本身反射率的影响，从而进一步提高了测量精度。（3）由于投影条纹幅数少，测量速度快，本方法在动态物体的快速、实时三维测量中具有潜在的应用前景和实用价值。
附图说明
图1为本发明的三维测量系统示意图。
图2为本发明的三角波条纹图。
图3为本发明的包裹相位与截断相位图。
图4位本发明条纹级次与截断相位图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明是这样来工作和实施的，基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法，其特征是：由三角波条纹编码原理、正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理、三维测量原理三大关键部分组成。
(一)三角波条纹编码原理
在同一个周期内生成有半个周期相移的2组三角波，其每组三角波中各段像素的分配如下：
(3)
其中y为三角波的像素，p为一个三角波周期总像素数。p1,p2,p3,p4各段分布情况如图2所示三角波条纹图。
(二)正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理
a.从两幅正弦条纹和两幅三角波条纹提取出四个强度，求出截断相位：
（4）
b.从两幅三角波条纹提取出的两个强度,求出强度调制：
（5）
其中和分别为两个相移的三角波条纹强度最大值和最小值，从而求出：
（6）
其中是三角波条纹强度比，平均分布在(0,1)之间，根据求出包裹相位：
（7）
其中R=1,2,3,4,包裹相位在平均分配(0,2)之间。如图3所示包裹相位与截断相位图。
c.由包裹相位和截断相位求出条纹级次:
（8）
其中N是正弦条纹的周期，round函数为通过取整运算得到的理想条纹级次。如图4所示条纹级次与截断相位图。
d.通过解相公式：
（9）
进行相位解包裹，得到连续相位值。
（三）三维测量原理
从而利用相位-高度公式
（10）
最后得到物体表面每一点的高度信息。
Claims (1)
1.基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法，由三角波条纹编码原理、正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理、三维测量原理三大关键部分组成；其特征在于：
三角波条纹编码原理，通过编码，投影一个周期的三角波条纹；
正弦和三角波四幅条纹相位求解与去包裹原理，2幅正弦条纹和2幅三角波条纹分离出的4个强度，使用相移法得到截断相位值，再通过提取CCD记录的三角波条纹的强度，通过三角波条纹二步相移方法得到包裹相位，然后利用四幅条纹相位求解方法求出条纹级次，通过解相公式进行相位解包裹，得到连续相位值；
所述三维测量原理，利用相位-高度公式：
得到物体表面每一点的高度信息。
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|---|---|
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106017357A (zh) * | 2016-08-04 | 2016-10-12 | 南昌航空大学 | 基于彩色三角波条纹离焦投影三维测量方法 |
| CN106840036A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-06-13 | 江苏四点灵机器人有限公司 | 一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法 |
| CN108534714A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-09-14 | 南昌航空大学 | 基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法 |
| CN109974626A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-05 | 四川大学 | 一种基于相移量编码条纹级次的结构光三维测量方法 |
| CN110793466A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-02-14 | 安徽建筑大学 | 基于指数条纹和三角波条纹投影的三维测量方法 |
| CN111023995A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-17 | 西安电子科技大学 | 一种基于随机两帧相移条纹图的三维测量方法 |
| CN111174730A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-19 | 南昌航空大学 | 一种基于相位编码的快速相位解包裹方法 |
| CN112146596A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-29 | 南昌航空大学 | 一种最优量化相位编码三维测量方法 |
| CN116608794A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-18 | 山东科技大学 | 一种抗纹理3d结构光成像方法、系统、装置及存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398675A (zh) * | 2013-08-10 | 2013-11-20 | 南昌航空大学 | 一种基于条纹周期校正的复杂大物体三维测量方法 |
| CN103575237A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-02-12 | 南昌航空大学 | 一种相移编码方法 |
| CN104390607A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-04 | 南昌航空大学 | 基于相位编码的彩色结构光快速三维测量方法 |
| CN104697468A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-10 | 南昌航空大学 | 基于倾斜相位编码条纹的光学三维测量方法 |
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2015
- 2015-10-28 CN CN201510709722.9A patent/CN105300317B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398675A (zh) * | 2013-08-10 | 2013-11-20 | 南昌航空大学 | 一种基于条纹周期校正的复杂大物体三维测量方法 |
| CN103575237A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-02-12 | 南昌航空大学 | 一种相移编码方法 |
| CN104390607A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-04 | 南昌航空大学 | 基于相位编码的彩色结构光快速三维测量方法 |
| CN104697468A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-10 | 南昌航空大学 | 基于倾斜相位编码条纹的光学三维测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SONG ZHANG: "Recent progresses on real-time 3D shape measurement using digital fringe projection techniques", 《OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING》 * |
| 董虓霄 等: "一种基于相位法的彩色三维形貌测量方法", 《仪器仪表用户》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106017357A (zh) * | 2016-08-04 | 2016-10-12 | 南昌航空大学 | 基于彩色三角波条纹离焦投影三维测量方法 |
| CN106840036A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-06-13 | 江苏四点灵机器人有限公司 | 一种适用于快速三维形貌测量的二元结构光优化方法 |
| CN108534714A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-09-14 | 南昌航空大学 | 基于正弦和二进制条纹投影的快速三维测量方法 |
| CN109974626B (zh) * | 2019-04-08 | 2021-02-09 | 四川大学 | 一种基于相移量编码条纹级次的结构光三维测量方法 |
| CN109974626A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-05 | 四川大学 | 一种基于相移量编码条纹级次的结构光三维测量方法 |
| CN110793466A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-02-14 | 安徽建筑大学 | 基于指数条纹和三角波条纹投影的三维测量方法 |
| CN111023995B (zh) * | 2019-11-18 | 2021-08-06 | 西安电子科技大学 | 一种基于随机两帧相移条纹图的三维测量方法 |
| CN111023995A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-17 | 西安电子科技大学 | 一种基于随机两帧相移条纹图的三维测量方法 |
| CN111174730A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-19 | 南昌航空大学 | 一种基于相位编码的快速相位解包裹方法 |
| CN112146596A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-29 | 南昌航空大学 | 一种最优量化相位编码三维测量方法 |
| CN112146596B (zh) * | 2020-08-31 | 2022-01-28 | 南昌航空大学 | 一种最优量化相位编码三维测量方法 |
| CN116608794A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-18 | 山东科技大学 | 一种抗纹理3d结构光成像方法、系统、装置及存储介质 |
| CN116608794B (zh) * | 2023-07-17 | 2023-10-03 | 山东科技大学 | 一种抗纹理3d结构光成像方法、系统、装置及存储介质 |
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