CN108195316B - 基于自适应相位误差校正的三维测量方法和装置 - Google Patents

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CN108195316B CN201810102921.7A CN201810102921A CN108195316B CN 108195316 B CN108195316 B CN 108195316B CN 201810102921 A CN201810102921 A CN 201810102921A CN 108195316 B CN108195316 B CN 108195316B
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Abstract

本申请涉及一种基于自适应相位误差校正的三维测量方法、装置、计算机设备和存储介质。该方法首先对条纹图像进行归一化，消除条纹振幅调制函数对希尔伯特变换带来的影响；对归一化后的条纹图像并对其进行整数周期延拓，解决非整数周期条纹信号的边界效应对希尔伯特变换带来的影响；对延拓后的整数周期条纹信号进行逐周期镜像并进行希尔伯特变换，解决频率调制信号对希尔伯特变换带来的影响，最后求解希尔伯特域相位，能有效的减少系统非线性引入的相位误差，并将其作为三维表面重建的最终折叠相位。实验表明，该相位误差要比校正前的空域相位误差小一个数量级，能有效降低由于Gamma非线性响应引起的相位误差，得到更高精度的三维重建结果。

Description

基于自适应相位误差校正的三维测量方法和装置
技术领域
本申请涉及光学三维数字成像技术领域，特别是涉及一种基于自适应相位误差校正的三维测量方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
在三维重建系统中，常采用光学相位测量轮廓术来测量物体表面三维轮廓。光学相位测试轮廓术是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维面形测量技术，可有效实现物体表面三维轮廓相位的自动测量。该方法采用结构光照明，将正弦光栅图像投影到被测物体表面，用与投影方向成一定角度的CCD摄像机采集经物体表面面形深度调制的变形光栅图像，根据数字相移算法计算出相位分布，通过相位展开恢复出连续相位分布，由相位-高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。
采用光学相位测量轮廓术，往往采用较少步数(如三步或四步相移)来扫描物体，可以节省扫描时间从而提高扫描效率。但由于受Gamma非线性响应的影响，投影仪投射出的结构光条纹出现Gamma失真现象，经过CCD相机采集的物体表面反射条纹，再采用N步相移算法计算出的相位误差较大，进而影响三维重建的精度。
目前相位补偿算法主要分为三类：被动式、主动式和自适应相位校正方法。被动式相位校正方法是利用实际采集的失真条纹图像计算相位，并根据gamma误差模型对相位进行迭代优化，最终计算出最佳相位图；主动式相位校正方法的核心是标定系统的gamma因子，利用gamma因子修正投影条纹图像，从而实现相位误差补偿；自适应相位补偿方法不需要预标定系统的gamma因子，也不需要耗时的迭代过程，而是通过对每次采集的实际条纹图进行处理而实现自适应相位误差补偿，该方法能够避免环境变化以及系统变化产生的影响，具有自适应、灵活性和简单快速等优点。
自适应的相位误差补偿算法目前主流的是基于希尔伯特变换进行误差补偿的，该方法在理论中得到了很好的证明，然而尚未考虑条纹信号的振幅调制和非整数周期对希尔伯特变换的影响。一方面，在物体表面反射率以及物体形貌等因素的调制下，条纹信号相当于振幅调制信号与余弦信号的乘积，这两个乘积信号有可能存在频率混叠，导致希尔伯特变换误差。另一方面，非整数周期的离散条纹信号由于频谱泄露在变换后的信号两端产生较大偏差。这些因素在希尔伯特变换域的相位求解过程中会引入明显的计算误差，并向内部逐步污染，从而限制了希尔伯特变换在非线性相位误差补偿方法中的实际应用。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低Gamma非线性响应引起的相位误差的方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种基于自适应相位误差校正的三维测量方法，包括：
采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像；
对各所述N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理；
以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓；
对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果；
根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果；
根据所述希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位；
基于所述希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息。
一种基于自适应相位误差校正的三维测量装置，包括：
条纹图像获取模块，用于采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像；
归一化处理模块，用于对各所述N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理；
边界处理模块，用于以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓；
变换模块，对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果；
裁剪模块，根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果；
相位计算模块，用于根据所述希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位；
三维数据获取模块，用于基于所述希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
上述的基于自适应相位误差校正的三维测量方法、装置、计算机设备和存储介质，在对条纹图像归一化后，对归一化后的条纹图像并对其进行整数周期延拓，所计算得到的逐周期镜像希尔伯特域相位，并将其作为三维表面重建的最终折叠相位。该相位误差要比通过相移法计算出的空域相位误差小一个数量级，能有效降低三维表面重新的折叠相位误差，减小扫描物体的实际三维表面轮廓上由于Gamma非线性响应引起的波浪形状误差。
附图说明
图1为一个实施例中基于自适应相位误差校正的三维测量方法的流程示意图；
图2为一个实施例的对各N步光栅条纹图像的条纹图像进行归一化处理的步骤的流程图；
图3为一个实施例的第一步相移的某行折叠相位的示意图；
图4为一个实施例的以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界整数周期延拓的步骤的流程示意图；
图5为与图3的折叠相位对应的归一化后的某行条纹信号的示意图；
图6为一个实施例的非对称弧段频率调制函数图形(频率调制中心xc＝0.625)；
图7为一个实施例的阶跃式跳变及非对称弧段幅度调制函数图形；
图8为一个实施例的仿真三步相移带有Gamma非线性响应且幅度及频率调制的某行条纹信号的示意图；
图9为一个实施例的仿真归一化后的三步相移幅度调制信号
Figure BDA0001566939640000041
的示意图(Gamma系数γ＝2.6)；
图10为一个实施例的第二步相移的某行折叠相位的示意图；
图11为与图10的折叠相位对应的归一化后的某行条纹信号的示意图；
图12为一个实施例的第三步相移的某行折叠相位的示意图；
图13为与图12的折叠相位对应的归一化后的某行条纹信号的示意图；
图14为一个实施例的仿真三步相移下某行空域相位误差(归一化前)、希尔伯特域相位误差(归一化前)、希尔伯特域相位误差(归一化后)及归一化并整数周期延拓及逐周期镜像的希尔伯特域相位误差的示意图(Gamma系数γ＝2.6)；
图15为一个实施例的仿真三步相移下某行空域相位误差(归一化前)及归一化后的希尔伯特域相位误差的示意图(Gamma系数γ＝2.6)；
图16为一个实施例的基于自适应相位误差校正的三维测量装置的结构框图；
图17为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，一种基于自适应相位误差校正的三维测量方法，包括：
S102，采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像。
在三维重建系统中，常采用光学相位测量轮廓术来测量物体表面三维轮廓。光学相位测量轮廓术是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维面形测量技术，可有效实现物体表面三维轮廓相位的自动测量。该方法采用结构光照明，将正弦光栅图像投影到被测物体表面，用与投影方向成一定角度的CCD摄像机采集经物体表面形貌调制的变形光栅图像。采用光学相位测量轮廓术，往往采用较少步数(如三步或四步相移)来扫描物体，可以节省扫描时间从而提高扫描效率。
S104，对各N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理。
具体地，如图2所示，对各N步光栅条纹图像的条纹图像进行归一化处理的步骤，包括步骤S202至S204：
S202，获取各N步相移的光栅条纹图像的条纹灰度值。
其中，条纹灰度值根据采集的N步光栅条纹图像得到。在结构光三维成像N步相移法中，采集正弦光栅投影下的N幅变形光栅图像。对于第k幅图像，像素点(x,y)处的条纹灰度值为：
Figure BDA0001566939640000051
其中，α∈[0,1]为扫描物体表面反射率，αp为调制常数用以控制正弦光栅的幅度，
Figure BDA0001566939640000052
为所求的像素点相位，k为相移步数的序列，N为相移步数。
S204，根据条纹灰度值，计算光栅条纹的背景光强和条纹振幅，根据所述光栅条纹的背景光强和条纹振幅对各N步相移的所述光栅条纹图像进行归一化处理。
本实施例中的归一化，具体为计算N步相移的光栅条纹图像各像点去除背景光强后的亮度信息与条纹振幅的比值。
具体地，获取各N步相移的光栅条纹图像的条纹灰度值，根据所述光栅条纹的背景光强和条纹振幅对各N步相移的所述光栅条纹图像进行归一化处理。
利用相移法计算条纹图像像素点(x,y)处的背景光强A(x,y)及条纹振幅B(x,y)为：
Figure BDA0001566939640000053
Figure BDA0001566939640000054
其中，Ik(x,y)为第k个N步光栅条纹图像中像素点(x,y)处的条纹灰度值，k为相移步数的序列，N为相移步数。
根据条纹图像的背景光强A(x,y)及条纹振幅B(x,y)来对条纹图像进行归一化，得到归一化后的条纹图像
Figure BDA0001566939640000061
Figure BDA0001566939640000062
在采集不同光谱反射率的物体表面条纹时，因为物体反射率不同，会在不同的光谱反射率的交界处产生条纹调制度跳变，从而引起相位误差。归一化处理时，通过将条纹灰度值减去背景光强，能够消除因环境光及物体表面反射率对相机采集条纹图像的影响导致的相位误差。
S106，以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓。
利用相移法计算条纹图像的折叠相位
Figure BDA0001566939640000063
为：
Figure BDA0001566939640000064
其中，
Figure BDA0001566939640000065
为第k个相移的归一化处理后的光栅条纹图像，N为相移步数。
如图3所示，此时的折叠相位呈周期锯齿状分布，波峰值约为π/2，波谷值约为-π/2，波峰与波谷交界处对应于第一步相移条纹图像的波谷。从折叠相位中当前周期的波峰至波谷交界处至下一个交界处的区间，对应于第一步相移条纹图像的一个波谷到下一个波谷的区间，即为一个子周期信号。
如图4所示，以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓的步骤，包括以下步骤S402至步骤S406：
S402，计算各N步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位。
在条纹图像的边界部分，同样受物体表面形貌的影响而导致条纹的频率受到调制，从而也有可能导致信号的首尾处产生严重的误差。为能确保通过延拓各步相移信号的边界来确保该条纹图像的边界为信号的波谷处，以保证延拓后的条纹图像为整数周期信号，需要计算当前步相移的折叠相位，以其作为当前步相移信号边界延拓的参考依据。
具体地，计算当前步相移的折叠相位的步骤为：循环移位各步相移的光栅条纹图像的顺序并根据相移算法计算折叠相位，得到各步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位。具体地，以当前步相移信号为首，按循环顺序移步各步相移信号，得到当前步相移信号的折叠相位。设当前第k步相移信号，循环顺序为k,k+1,...,N,1,2,...,k-1。利用相移法公式重新计算出折叠相位，该折叠相位与当前第一步相移信号为同步关系，折叠相位仍呈周期锯齿状分布，波峰与波谷交界处对应于当前第一步相移条纹图像的波谷，以此为参考位置，可以提取出折叠相位于两端边界处的部分周期，参考前述的方法将当前第一步相移条纹图像延拓成整数周期信号。
S404，根据折叠相位的周期性和周期内的单调递增的特性，对所述折叠相位的边界进行延拓，使折叠相位的周期为完整周期。
从折叠相位的两端边界结合起来，可以分析出各步相移条纹图像是否为整数周期信号。在不对折叠相位的两端边界裁减的前提下，对其进行两端向外延拓，并对各步相移条纹图像进行相应的延拓，即可保证延拓后的各步相移条纹图像均为整数周期信号，以减小因频谱泄漏对希尔伯特变换的负面影响。
具体地，首先计算折叠相位左侧起始端最靠近边界处的波峰位置，将折叠相位的左侧起始端向外延拓至波谷处，延拓的部分由内侧一个周期中复制而来。由当前左侧起始端折叠相位值横向映射至内侧的一个周期内与该相位值最接近但不大于的位置处。延拓的部分如图5所示的虚线部分。
S406，参考边界延拓的各N步相移的折叠相位，对对应的归一化处理后的光栅条纹图像的边界进行延拓。
将该自映射位置至内侧的这个周期内波谷处的区间对应的条纹图像作为边界延拓补齐的部分，对条纹图像左侧起始端进行整数周期延拓。如图5所示的虚线部分。同理，按相同的操作流程对折叠相位的右侧结束端向外延拓至波谷处，从而实现延拓后的条纹为完整周期。
S108，对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果。
具体地，根据折叠相位的波峰波谷位置将条纹图分割为单周期信号，对单个周期的条纹信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换，参照镜像前单周期信号的像素区间，对希尔伯特变换结果进行裁剪，得到当前周期原始区间的希尔伯特变换图像。
考虑到受物体表面面形深度的影响，一行中条纹图像的频率在各处受到不同的调制，为减小因物体表面面形深度的不同而导致的频率调制对希尔伯特(希尔伯特)变换的影响，根据折叠相位的波峰波谷来判别，将条纹图像以一个条纹周期为单位分割成数个周期信号。同时，对于单个周期信号，其亦会包含有不同频率成分，对逐周期条纹图像进行希尔伯特变换时，希尔伯特变换结果在单个周期信号的边界及频率变化较大位置处，会出现较明显的变换误差。此时，将单个周期信号对其进行水平镜像复制，类似于完整周期信号的复制延拓，其后再对镜像后的组合信号进行希尔伯特变换。镜像后的希尔伯特变换结果其长度为单个周期信号的两倍，对其裁减为原始单个周期信号长度，余下的结果即为与原始单个周期信号长度一致的希尔伯特变换，较对单个周期信号直接进行希尔伯特变换，逐周期镜像的希尔伯特变换结果更接近于期望的希尔伯特变换结果值，能更有效减小因物体表面面形深度的不同而导致的频率调制对希尔伯特变换的影响。
S110，根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果。
将逐周期镜像的希尔伯特变换结果重新组合，并参照延拓前条纹图的像素区间对其边界进行有效裁减，最后的希尔伯特变换结果与原始条纹图像长度一致。
S112，根据希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位。
设条纹图像像素点(x,y)处，归一化后计算得到的逐周期镜像的希尔伯特结果为
Figure BDA0001566939640000081
采用最小二乘算法，计算对应的希尔伯特域相位
Figure BDA0001566939640000082
为：
Figure BDA0001566939640000091
S114，基于希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息。
具体地，根据希尔伯特域相位，通过相位展开恢复出连续相位分布，由相位-高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。
上述的基于自适应相位误差校正的三维测量方法，在对条纹图像归一化后，对归一化后的条纹图像并对其进行整数周期延拓，并进行逐周期镜像希尔伯特变换，所计算得到的逐周期镜像希尔伯特域相位，并将其作为三维表面重建的最终折叠相位。该相位误差要比通过相移法计算出的空域相位误差小一个数量级，能有效降低三维表面重新的折叠相位误差，减小扫描物体的实际三维表面轮廓上由于Gamma非线性响应引起的波浪形状误差。
归一化后且逐周期镜像的希尔伯特域折叠相位误差较空域相位误差小得多，同时比由原始条纹图像直接计算得到的希尔伯特域相位与空域相位二者之和的平均域相位误差亦要小。下面以仿真实验结果进行说明。
仿真三步相移带有Gamma非线性响应、经阶跃式跳变及非连续弧段幅度调制及经非连续弧段频率调制的条纹图像，该条纹图像包含不同物体表面反射率及不同物体表面面形深度对条纹图像的幅度及频率均进行了调制，具有普适性。
在仿真实验中，非连续弧段频率调制函数为：
Figure BDA0001566939640000092
其中，af为振幅尺度因子，bf为频率尺度因子，L为条纹图像的长度。非连续弧段频率调制函数图形如图6所示，尺度因子分别为af＝50，bf＝1/1.65。
阶跃式跳变调制函数为：
Figure BDA0001566939640000093
非连续弧段幅度调制函数为：
Figure BDA0001566939640000101
其中，c为幅度调制中心。阶跃式跳变及非连续弧段幅度调制函数图形如图7所示，幅度调制中心为c＝0.625。取Gamma系数为γ＝2.6，仿真三步相移带有Gamma非线性响应且幅度及频率调制的条纹图像，如图8所示。计算三步相移下归一化后的条纹图像如图9所示。
以当前步相移信号为首，按循环顺序移步各步相移信号，将其组合为新的条纹图像组，利用相移法重新计算出当前步相移的折叠相位，分别如图3、图10和图12所示，对应的当前步相移信号如图5、图11和图13所示。折叠相位图中用圈标识出左侧起始端及右侧结束端最靠近边界处的波峰位置，水平虚线指示边界相位值在其内侧的周期内映射位置，折叠相位图与条纹图像图中的虚线标识边界整数周期延拓的参考部分与实际向外延拓部分。各步相移条纹图像的边界整数周期延拓长度并不一致，最后按照原始条纹图像将逐周期镜像的希尔伯特变换结果来裁剪为与原始条纹图像对应位置一致且长度相同的有效区间。
同样，利用最小二乘算法计算希尔伯特域相位，并计算三步相移下其空域相位误差(归一化前)、希尔伯特域相位误差(归一化前)、希尔伯特域相位误差(归一化后)及归一化并整数周期延拓及逐周期镜像的希尔伯特域相位误差，如14所示。对比三步相移下空域误差(归一化前)及归一化并整数周期延拓及逐周期镜像的希尔伯特域相位误差，如图15所示。分别仿真Gamma系数为γ＝2.6及γ＝3.4条件下，对比三步相移下此四个相位误差的统计结果，如表1及表2所示。统计结果中，S表示空域(归一化前)相位误差，B表示希尔伯特域(归一化前)相位误差，A表示希尔伯特域(归一化后)相位误差，H表示归一化并整数周期延拓及逐周期镜像的希尔伯特域相位误差，RB表示B基于S的减小比例，RA表示A基于S的减小比例，RH表示H基于S的减小比例。
表1三步相移下相位误差校正仿真峰值对比统计结果
Figure BDA0001566939640000102
表2三步相移下相位误差校正仿真均方根对比统计结果
Figure BDA0001566939640000111
从仿真图表结果中可以看出，基于归一化并整数周期延拓及逐周期镜像的希尔伯特域相位误差校正方法能有效降低带有Gamma非线性响应的折叠相位误差，在三步相移下将原先的相位误差由10-1数量级降低至10-2数量级，起到了很好的Gamma非线性响应相位误差校正作用。
上述的方法旨在三维重建系统中降低Gamma非线性响应引起的相位误差，减小三维表面轮廓上的波浪形状误差。投影仪投射结构光条纹后，受扫描物体表面反射率的影响，相机采集的N步(N≥3)变形光栅条纹图像幅度随着物体表面反射率的调制而改变。为消除扫描物体表面反射率对条纹图像幅度的影响，需要对相机的N步条纹图像像素进行归一化处理。参考条纹图像的折叠相位对各步相移条纹图像进行边界整数周期延拓，使得各步条纹图像成为整数周期信号，以消除因频谱泄漏对希尔伯特变换的影响。进而对相移条纹图像进行逐周期分割，分别单独对每个周期的条纹图像进行镜像复制后再对其进行希尔伯特变换，以减小因物体表面面形深度的不同而导致的频率调制对希尔伯特变换的影响。该方法基于整数周期延拓及逐周期镜像希尔伯特变换，计算得到的N步希尔伯特域相位作为物体表面的折叠相位。相比于N步空域相位及N步直接或归一化后的希尔伯特域相位，本发明方法的N步希尔伯特域相位要较前二者更为精确可靠，与24步理想相位相减的相位误差比前二者对应的相位误差要比小得多。
上述的方法无须对三维重建系统中的Gamma非线性响应进行数学建模，能有效降低不同Gamma系数因子引起的相位误差，是一种与Gamma因子无关的高鲁棒性自适应相位误差校正方法。该方法可适用于较低相移步数的三维表面重建系统，可以将原有的相位误差降低一个数量级，是一种高效率、高精度、高普适性的Gamma非线性校正实现方法。
如图16所示，提供一种基于自适应相位误差校正的三维测量装置，包括：
条纹图像获取模块202，用于采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像。
归一化处理模块204，用于对各N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理。
边界处理模块206，用于以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓。
变换模块208，用于对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果。
裁剪模块212，用于根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果。
相位计算模块214，用于根据希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位。
三维数据获取模块216，用于基于希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息。
在一个实施例中，归一化处理模块，包括：
条纹亮度获取模块，用于获取各N步相移的光栅条纹图像的条纹灰度值。
归一化模块，用于根据所述条纹灰度值，计算光栅条纹的背景光强和条纹振幅，根据所述光栅条纹的背景光强和条纹振幅对各N步相移的所述光栅条纹图像进行归一化处理。
在一个实施例中，边界处理模块，包括：
折叠相位计算模块，用于计算各N步的光栅条纹图像对应相移的折叠相位。
具体地，折叠相位计算模块，用于根据折叠相位的周期性和周期内的单调递增的特性，对所述折叠相位的边界进行延拓，使折叠相位的周期为完整周期。
折叠相位边界处理模块，用于参考各N步相移的折叠相位中边界内侧周期的信号，对折叠相位的边界进行延拓补齐。
条纹图像边界处理模块，用于参考边界延拓的各N步相移的折叠相位，对对应的归一化处理后的光栅条纹图像的边界进行延拓。
在一个实施例中，变换模块，包括：
分割模块，用于根据折叠相位的波峰波谷位置将条纹图分割为单周期信号。
希尔伯特变换模块，用于对单个周期的条纹信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换；
裁剪处理模块，参照镜像前单周期信号的像素区间，对希尔伯特变换结果进行裁剪，得到当前周期原始区间的希尔伯特变换图像。
上述的基于自适应相位误差校正的三维测量装置，在对条纹图像归一化后，对归一化后的条纹图像并对其进行整数周期延拓，所计算得到的逐周期镜像希尔伯特域相位，并将其作为三维表面重建的最终折叠相位。该相位误差要比通过相移法计算出的空域相位误差小一个数量级，能有效降低三维表面重新的折叠相位误差，减小扫描物体的实际三维表面轮廓上由于Gamma非线性响应引起的波浪形状误差。
关于基于自适应相位误差校正的三维测量装置的具体限定可以参见上文中对于基于自适应相位误差校正的三维测量方法的限定，在此不再赘述。上述基于自适应相位误差校正的三维测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图17所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于自适应相位误差校正的三维测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图17中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像；
对各所述N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理；
以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓；
对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果；
根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果；
根据所述希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位；
基于所述希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息。
在一个实施例中，对各N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理，包括：
获取各N步相移的光栅条纹图像的条纹灰度值；
根据所述条纹灰度值，计算光栅条纹的背景光强和条纹振幅，根据所述光栅条纹的背景光强和条纹振幅对各N步相移的所述光栅条纹图像进行归一化处理。
在一个实施例中，以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓的步骤，包括：
计算各N步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位；
根据折叠相位的周期性和周期内的单调递增的特性，对所述折叠相位的边界进行延拓，使折叠相位的周期为完整周期；
参考边界延拓的各N步相移的折叠相位，对对应的归一化处理后的光栅条纹图像的边界进行延拓。
在一个实施例中，计算各N步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位的步骤，包括：循环移位各步相移的光栅条纹图像的顺序并根据相移算法计算折叠相位，得到各步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位。
在一个实施例中，对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并截取有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果的步骤，包括：
根据折叠相位的波峰波谷位置将条纹图分割为单周期信号；
对单个周期的条纹信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换；
参照镜像前单周期信号的像素区间，对希尔伯特变换结果进行裁剪，得到当前周期原始区间的希尔伯特变换图像。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于自适应相位误差校正的三维测量方法，包括：
采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像；
对各所述N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理；
以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓；
对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果；
根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果；
根据所述希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位；
基于所述希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息；
所述对各所述N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理，包括：
获取各N步相移的光栅条纹图像的条纹灰度值；根据所述条纹灰度值，计算光栅条纹的背景光强和条纹振幅，根据所述光栅条纹的背景光强和条纹振幅对各N步相移的所述光栅条纹图像进行归一化处理；其中，所述归一化处理包括计算N步相移的光栅条纹图像各像点去除背景光强后的亮度信息与条纹振幅的比值。
2.根据权利要求1所述的基于自适应相位误差校正的三维测量方法，其特征在于，所述以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓的步骤，包括：
计算各N步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位；
根据折叠相位的周期性和周期内的单调递增的特性，对所述折叠相位的边界进行延拓，使折叠相位的周期为完整周期；
参考边界延拓的各N步相移的折叠相位，对对应的归一化处理后的光栅条纹图像的边界进行延拓。
3.根据权利要求2所述的基于自适应相位误差校正的三维测量方法，其特征在于，所述计算各N步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位的步骤，包括：循环移位各步相移的光栅条纹图像的顺序并根据相移算法计算折叠相位，得到各步相移的光栅条纹图像对应的折叠相位。
4.根据权利要求1所述的基于自适应相位误差校正的三维测量方法，其特征在于，所述对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并截取有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果的步骤，包括：
根据折叠相位的波峰波谷位置将条纹图分割为单周期信号；
对单个周期的条纹信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换；
参照镜像前单周期信号的像素区间，对希尔伯特变换结果进行裁剪，得到当前周期原始区间的希尔伯特变换图像。
5.一种基于自适应相位误差校正的三维测量装置，包括：
条纹图像获取模块，用于采集被测物体的N步相移的光栅条纹图像；
归一化处理模块，用于对各所述N步相移的光栅条纹图像进行归一化处理；
边界处理模块，用于以各N步相移的折叠相位为参考，对归一化处理后的光栅条纹图像进行边界延拓；
变换模块，对边界延拓后条纹图像的每个周期信号进行镜像，对镜像后的信号进行希尔伯特变换并裁剪有效部分，得到延拓后条纹图像的希尔伯特变换结果；
裁剪模块，根据延拓前条纹图的像素区间截取延拓后的希尔伯特变换的图像，得到N步相移图像的希尔伯特变换结果；
相位计算模块，用于根据所述希尔伯特变换图像，计算希尔伯特域相位；
三维数据获取模块，用于基于所述希尔伯特域相位得到被测特征的三维数据信息；
所述归一化处理模块，包括：
条纹亮度获取模块，用于获取各N步相移的光栅条纹图像的条纹灰度值；归一化模块，用于根据所述条纹灰度值，计算光栅条纹的背景光强和条纹振幅，根据所述光栅条纹的背景光强和条纹振幅对各N步相移的所述光栅条纹图像进行归一化处理；其中，所述归一化处理包括计算N步相移的光栅条纹图像各像点去除背景光强后的亮度信息与条纹振幅的比值。
6.根据权利要求5所述的基于自适应相位误差校正的三维测量装置，其特征在于，所述边界处理模块，包括：
折叠相位计算模块，用于计算各N步的光栅条纹图像对应相移的折叠相位；
折叠相位边界处理模块，用于根据折叠相位的周期性和周期内的单调递增的特性，对所述折叠相位的边界进行延拓，使折叠相位的周期为完整周期；
条纹图像边界处理模块，用于参考边界延拓的各N步相移的折叠相位，对对应的归一化处理后的光栅条纹图像的边界进行延拓。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109990731A (zh) * 2019-01-21 2019-07-09 深圳市易尚展示股份有限公司 基于数字投影三维测量系统的非线性相位误差的校正方法
CN110458779B (zh) * 2019-08-08 2021-11-16 江苏赛诺格兰医疗科技有限公司 对呼吸或心脏的pet图像进行衰减校正的校正信息获取方法
CN112229342B (zh) * 2020-09-14 2022-06-03 桂林电子科技大学 一种相位测量轮廓术中投影光栅的快速自校正方法
CN113029042B (zh) * 2021-05-25 2021-08-03 四川大学 一种高温熔融态金属表面形貌动态测量装置及方法
CN114018176A (zh) * 2021-10-27 2022-02-08 华中科技大学 一种投影图像处理模块、三维重构方法及其系统
CN114863036B (zh) * 2022-07-06 2022-11-15 深圳市信润富联数字科技有限公司 基于结构光的数据处理方法、装置、电子设备及存储介质
CN115711591B (zh) * 2022-09-29 2024-03-15 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种伽马因子获取方法、装置、设备及介质
CN115329256B (zh) * 2022-10-13 2023-02-28 南京理工大学 一种基于fpp的水下光学测量误差补偿方法
CN117175901B (zh) * 2023-11-02 2024-01-30 成都滋华软件开发有限公司 基于数字化电源的回路转换控制方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3998844B2 (ja) * 1999-01-29 2007-10-31 フジノン株式会社 フリンジスキャンを用いた干渉計装置
JP5413072B2 (ja) * 2009-09-11 2014-02-12 株式会社ニコン 波形解析装置、波形測定装置、波形解析プログラム、干渉計装置、パターン投影形状測定装置、及び波形解析方法
CN104482877B (zh) * 2014-12-03 2017-02-01 深圳大学 动态物体三维成像中的运动补偿方法与系统
CN107607060B (zh) * 2017-08-24 2019-09-10 东南大学 一种应用于光栅三维投影测量中的相位误差补偿方法
CN109506589B (zh) * 2018-12-25 2020-07-28 东南大学苏州医疗器械研究院 一种基于结构光场成像的三维轮廓测量方法

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