CN113932735A - 基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质 - Google Patents

基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质，投影仪进行变焦扫描被测物体深度信息时，连续循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面，相机同步采集物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存。在计算条纹图调制度信息时，直接对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布，进而重建被测物体的三维形貌。本发明不仅减少了条纹的存储量和计算量，同时还可避免单帧条纹图中零频对基频的影响，获得更高的重建精度。

Description

基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质
技术领域
本发明涉及结构光投影三维面形测量技术领域，具体的说，涉及一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质。
背景技术
随着三维测量技术的迅猛发展，光学微观三维面形垂直测量方法在精密仪器、材料科学以及医学等领域获得了广泛的关注。该技术具有低损耗、非接触、高精度的优点，可完成表面复杂物体的测量，例如凹槽、台阶分布和深孔等。
常见的光学微观三维垂直测量轮廓术包括共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)、干涉测量技术以及结构光法等。CLSM一种高分辨率的显微成像技术，该技术利用激光逐点扫描，根据不同调焦深度获得被测物体不同深度层次的图像重建被测物体的三维全貌；干涉测量技术主要包括单波长干涉术(SWI)、双波长干涉术(DWI)以及白光干涉(WLI)。然而，SWI存在相位模糊的问题，DWI虽在一定程度扩大了测量范围，但扩大的量程仍然有限，WLI对外界环境要求较高，同时还要求被测物体具有较高的反射率。
基于结构光照明MMP不需要进行相位展开即可重建被测物体的三维面形。该技术避免三角测量法中的阴影问题以及相位展开不连续的现象。调制度分布的计算可以采用傅里叶变换方法以及相移方法。傅里叶变换属于单帧处理技术，仅需一帧条纹图即可获得该投影仪焦距处的调制度分布。然而，当背景光场分布不均或者物体表面较为复杂时，基频和零频将出现混叠的现象，此时，基频信息将无法准确提取，进而将导致被测物体的出现较大错误；相移方法属于多帧条纹处理技术，该技术在投影仪每一焦距处至少投影和拍摄三帧条纹图，该方法虽测量精度高，但测量较为耗时。
发明内容
针对调制度测量轮廓术图片采集数量多以及频谱混叠的缺陷，本发明提供了一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质，以有效解决背景技术中所提及的技术问题。
本发明的具体技术方案如下：
根据本发明的第一技术方案，提供了一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法，运用一种旋转光栅投影法标定测量系统，所述旋转光栅投影法标定测量系统包括投影设备，安装在所述投影设备上的变焦镜头、成像设备、半透半反镜。
包括以下步骤：
基于旋转光栅投影法标定测量系统以建立调制度-高度映射查找表；
连续改变变焦镜头的电流值，连续循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面，成像设备同步采集被测物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存；
在计算条纹图调制度信息时，对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取多个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布；
根据调制度-高度映射查找表获得被测物体三维面形每个像素点深度信息。
进一步的，在计算条纹图调制度信息时，对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取多个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布，包括以下步骤：
分别投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面上时，在焦平面上采集的光场分布通过如下式(1)表示为：
Figure BDA0003373618340000021
其中，为In(x,y)为在焦平面上采集的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将所述式(1)的6个条纹图依次两帧相减再求和，获得：
Figure BDA0003373618340000031
将式(2)傅里叶变换获得其在频域中的表达式如下式(3)所示：
Figure BDA0003373618340000032
其中，G′n(fx,fy)表示n次频谱，G′-n(fx,fy)表示负n次频谱，且G′n(fx,fy)与G′-n(fx,fy)互为共轭；
选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模即可获得六幅条纹图在焦平面上的调制度分布，如下式(4)所示：
Figure BDA0003373618340000033
其中，Mf(x,y)为焦平面上调制度分布，Mn(x,y)为第n帧条纹提取的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数；
将离焦平面上光场分布表示为焦平面图像与点扩散函数的卷积，如下式(5)所示：
Figure BDA0003373618340000034
其中，In”(x,y；δ)表示离焦平面上的光场分布，δ为离焦程度，
Figure BDA0003373618340000035
为卷积操作符号，H(x,y；δ)表示点扩散函数，利用二维高斯函数通过如下式(6)表示
Figure BDA0003373618340000036
其中，σH＝Cr为点扩散函数标准偏差，C为与系统相关的常数；
当投影仪分别用不同焦距扫描时，获得点扩散函数标准偏差分别为
Figure BDA0003373618340000041
将该参数带入式(6)，再同式(1)代入式(5)，获得在不同离焦面上的光场分布：
Figure BDA0003373618340000042
其中，
Figure BDA0003373618340000043
表示点扩散函数标准偏差
Figure BDA0003373618340000044
(即离焦程度
Figure BDA0003373618340000045
)处像平面上的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将上式(7)中的6个条纹图按照式(2)-(4)，依次两帧相减再求和，傅里叶变换，逆傅里叶变换，取模获得在6个不同离焦面上的制度分布如下式(8)所示：
Figure BDA0003373618340000046
其中，
Figure BDA0003373618340000047
点扩散函数标准偏差
Figure BDA0003373618340000048
(即离焦程度
Figure BDA0003373618340000049
)处像平面上的调制度分布，Mf(x,y)表示焦平面上的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数。
根据本发明的第二技术方案，提供了一种基于旋转光栅投影的三维面形垂直测量装置，包括旋转光栅投影法标定测量系统以及处理器，所述旋转光栅投影法标定测量系统包括投影设备，安装在所述投影设备上的变焦镜头、成像设备、半透半反镜；
所述处理器，被配置为：
基于旋转光栅投影法标定测量系统以建立调制度-高度映射查找表；
连续改变变焦镜头的电流值，连续循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面，成像设备同步采集被测物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存；
在计算条纹图调制度信息时，对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取多个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布；
根据调制度-高度映射查找表获得被测物体三维面形每个像素点深度信息。
进一步的，所述处理器被配置为：
分别投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面上时，在焦平面上采集的光场分布通过如下式(1)表示为：
Figure BDA0003373618340000051
其中，为In(x,y)为在焦平面上采集的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将所述式(1)的6个条纹图依次两帧相减再求和，获得：
Figure BDA0003373618340000052
将式(2)傅里叶变换获得其在频域中的表达式如下式(3)所示：
Figure BDA0003373618340000053
其中，G′n(fx,fy)表示n次频谱，G′-n(fx,fy)表示负n次频谱，且G′n(fx,fy)与G′-n(fx,fy)互为共轭；
选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模即可获得六幅条纹图在焦平面上的调制度分布，如下式(4)所示：
Figure BDA0003373618340000061
其中，Mf(x,y)为焦平面上调制度分布，Mn(x,y)为第n帧条纹提取的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数；
将离焦平面上光场分布表示为焦平面图像与点扩散函数的卷积，如下式(5)所示：
Figure BDA0003373618340000062
其中，In”(x,y；δ)表示离焦平面上的光场分布，δ为离焦程度，
Figure BDA0003373618340000063
为卷积操作符号，H(x,y；δ)表示点扩散函数，利用二维高斯函数通过如下式(6)表示
Figure BDA0003373618340000064
其中，σH＝Cr为点扩散函数标准偏差，C为与系统相关的常数；
当投影仪分别用不同焦距扫描时，获得点扩散函数标准偏差分别为
Figure BDA0003373618340000065
将该参数带入式(6)，再同式(1)代入式(5)，获得在不同离焦面上的光场分布：
Figure BDA0003373618340000066
其中，
Figure BDA0003373618340000067
表示点扩散函数标准偏差
Figure BDA0003373618340000068
(即离焦程度
Figure BDA0003373618340000069
)处像平面上的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将上式(7)中的6个条纹图按照式(2)-(4)，依次两帧相减再求和，傅里叶变换，逆傅里叶变换，取模获得在6个不同离焦面上的制度分布如下式(8)所示：
Figure BDA0003373618340000071
其中，
Figure BDA0003373618340000072
点扩散函数标准偏差
Figure BDA0003373618340000073
(即离焦程度
Figure BDA0003373618340000074
)处像平面上的调制度分布，Mf(x,y)表示焦平面上的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数。
根据本发明的第二技术方案，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行本发明实施例中的任一项所述的方法。
根据本发明实施例公开的一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法、装置、介质，投影仪进行变焦扫描被测物体深度信息时，连续循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面，相机同步采集物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存。在计算条纹图调制度信息时，直接对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布，进而重建被测物体的三维形貌。该技术不仅减少了条纹的存储量和计算量，同时还可避免单帧条纹图中零频对基频的影响，获得更高的重建精度。本发明能为微观三维面形轮廓术领域的发展提供新思路，具有重要的意义和广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了根据本发明实施例的一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法的旋转光栅投影法标定测量系统原理图；
图2示出了根据本发明实施例的投影仪第61次焦距变换时，由传统傅里叶变换投影单帧竖条纹到被测物体的第61帧条纹图。
图3示出了根据本发明实施例的投影仪第61次焦距变换时，本发明具体实施方式中方法对投影旋转光栅被存储的第11帧条纹图；
图4示出了根据本发明实施例的本发明具体实施方式中方法对图3进行傅里叶操作所得的频谱图；
图5示出了根据本发明实施例的图2经傅里叶变换操作后部分频谱剖面图。
图6示出了根据本发明实施例的图4频谱标记1处的部分频谱剖面图。
图7示出了根据本发明实施例的利用传统傅里叶变换法的重建结果。
图8示出了根据本发明实施例的利用旋转光栅投影法的重建结果。
图9示出了根据本发明实施例的利用传统傅里叶变换法(虚线)和旋转光栅投影法(实线)重建结果在图2标记行中的剖面对比图。
图10示出了根据本发明实施例的基于旋转光栅投影法三维面形垂直测量装置的硬件图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
本发明设计了一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法，其包括如下步骤：
S1、基于旋转光栅投影法标定测量系统以建立调制度-高度映射查找表。进一步的，所述旋转光栅投影法标定测量系统原理图如图1所示，1表示投影仪，2表示可调焦液态镜头，3表示半透半反镜，4表示旋转滤波器，5表示被测物体，t表示不同深度对应的标定面序列号，t＝1表示参考面，即高度为0mm，t＝T表示离参考面最远的标定高度，且标定面在标定区间t＝1和t＝T之间等间距放置，标定面等间距放置在标定区间范围内，其它任意标定面的深度值均为同t＝1处参考面的相对距离，被测物体将放置在经标定后的区间内完成表面深度信息的测量。在系统标定时，将标定面依次从t＝1移动到t＝T处，对于任意标定面，投影仪在变焦扫描该标定面时，可调焦液态镜头电流值将从G1等间距化到GJ，共变化J个值(J为6的倍数)。与此对应投影仪的焦距将由f1等间距变化到fJ，投影仪将循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到标定面，相机同步采集物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存，直至J/6幅条纹图完成数据保存。将标定面移动至t＝2处，重复上述操作直至t＝T处的标定面完成J/6幅图片采集。
对于任意标定面t，利用旋转光栅投影法可获得每一标定面对应不同焦距位置处的调制度分布。对于该标定面上的任意像素点(x,y)，均可获得近似高斯分布曲线，每条曲线最大值均可找到与参考面的相对高度值，即调制度-高度的映射关系。
S2、连续改变连接接在投影仪上的液体变焦镜头，并连续依次循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面上，相机同步采集物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存；
S3、在计算条纹图调制度信息时，直接对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布；
进一步的，分别投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面上时，CCD在焦平面上采集的光场分布可分别表示为：
Figure BDA0003373618340000101
其中，为In(x,y)为在焦平面上采集的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将所述式(1)的6个条纹图依次两帧相减再求和，获得：
Figure BDA0003373618340000102
将式(2)傅里叶变换获得其在频域中的表达式如下式(3)所示：
Figure BDA0003373618340000103
其中，G′n(fx,fy)表示n次频谱，G′-n(fx,fy)表示负n次频谱，且G′n(fx,fy)与G′-n(fx,fy)互为共轭；
选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模即可获得六幅条纹图在焦平面上的调制度分布，如下式(4)所示：
Figure BDA0003373618340000104
其中，Mf(x,y)为焦平面上调制度分布，Mn(x,y)为第n帧条纹提取的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数；
将离焦平面上光场分布表示为焦平面图像与点扩散函数的卷积，如下式(5)所示：
Figure BDA0003373618340000111
其中，In”(x,y；δ)表示离焦平面上的光场分布，δ为离焦程度，
Figure BDA0003373618340000112
为卷积操作符号，H(x,y；δ)表示点扩散函数，利用二维高斯函数通过如下式(6)表示
Figure BDA0003373618340000113
其中，σH＝Cr为点扩散函数标准偏差，C为与系统相关的常数；
当投影仪分别用不同焦距扫描时，获得点扩散函数标准偏差分别为
Figure BDA0003373618340000114
将该参数带入式(6)，再同式(1)代入式(5)，获得在不同离焦面上的光场分布：
Figure BDA0003373618340000115
其中，
Figure BDA0003373618340000116
表示点扩散函数标准偏差
Figure BDA0003373618340000117
(即离焦程度
Figure BDA0003373618340000118
)处像平面上的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将上式(7)中的6个条纹图按照式(2)-(4)，依次两帧相减再求和，傅里叶变换，逆傅里叶变换，取模获得在6个不同离焦面上的制度分布如下式(8)所示：
Figure BDA0003373618340000119
其中，
Figure BDA0003373618340000123
点扩散函数标准偏差
Figure BDA0003373618340000121
(即离焦程度
Figure BDA0003373618340000122
)处像平面上的调制度分布，Mf(x,y)表示焦平面上的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数。
S4、获取各条纹图中同名像素点的调制度，将其曲线进行一维傅里叶变换操作，选取适当的滤波器获得零频，再经逆傅里叶变换得到该像素点调制度对应的调制度曲线，查找调制度最大值，根据调制度-高度映射查找表获得被测物体三维面形每个像素点深度信息。
下面给出了本发明中基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法的一个在具体实施时的实施例，但本发明不仅限于实施例中所涉及的内容。
本发明实施例中标定深度为0μm至1100μm，任意两相邻标定面间距为100μm。被测三维物体是一个字母“PUSH”凸起的模型，在进行被测物体扫描时共采集317帧条纹图，图2是投影仪第61次焦距变换时，由传统傅里叶变换投影单帧竖条纹到被测物体的第61帧条纹图，图3是投影仪第61次焦距变换时，基于旋转光栅投影法被存储的第11帧条纹图，将其进行傅里叶变换后所得频谱图如图3所示，为了进行频谱对比，图5给出了图2经傅里叶变换后的部分频谱剖面图，图6给出了是图4频谱标记1处的部分频谱剖面图，由此可见本发明所提方法能有效避免零频对基频的影响，而传统傅里叶变换方法中出现了频谱混叠的现象。图7和图8分别为利用传统傅里叶变换法和本发明重建被测物体的三维面形图。由传用传统傅里叶变换法所得物体的标准差为7.0609μm，由本发明所得物体的标准差为5.4374μm。图9为两种方法所得重建结果在图2标记行中的剖面对比图，其中实线表示由传统傅里叶变换法所得结果，虚线表示由本发明所得结果。可见传统傅里叶变换法几乎无法重建被测物体的三维面形，而本发明能得到较好的重建结果，且本发明能有效减少条纹的存储量和计算量，仅为传统傅里叶变换法中1/6的数据存储和计算量。
图10示出了根据本发明实施例的基于旋转光栅投影的三维面形垂直测量装置的硬件图，如图1和图10所示，本发明实施例还提供了一种基于旋转光栅投影的三维面形垂直测量装置，该装置200包括处理器201，所述处理器201配置为实现根据本发明各个实施例所述的方法。
需要注意的是处理器201可以是包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等。更具体地，处理器201可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。处理器201还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)等。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机本发明实施例中的任一所述的方法。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种基于旋转光栅投影三维面形垂直测量方法，其特征在于，运用一种旋转光栅投影法标定测量系统，所述旋转光栅投影法标定测量系统包括投影设备，安装在所述投影设备上的变焦镜头、成像设备、半透半反镜
包括以下步骤：
基于旋转光栅投影法标定测量系统以建立调制度-高度映射查找表；
连续改变变焦镜头的电流值，连续循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面，成像设备同步采集被测物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存；
在计算条纹图调制度信息时，对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取多个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布；
根据调制度-高度映射查找表获得被测物体三维面形每个像素点深度信息。
2.根据权利要求1所述的三维面形垂直测量方法，其特征在于，在计算条纹图调制度信息时，对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取多个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六帧调制度分布，包括以下步骤：
分别投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面上时，在焦平面上采集的光场分布通过如下式(1)表示为：
Figure FDA0003373618330000011
其中，为In(x,y)为在焦平面上采集的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将所述式(1)的6个条纹图依次两帧相减再求和，获得：
Figure FDA0003373618330000021
将式(2)傅里叶变换获得其在频域中的表达式如下式(3)所示：
Figure FDA0003373618330000022
其中，G′n(fx,fy)表示n次频谱，G′-n(fx,fy)表示负n次频谱，且G′n(fx,fy)与G′-n(fx,fy)互为共轭；
选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模即可获得六幅条纹图在焦平面上的调制度分布，如下式(4)所示：
Figure FDA0003373618330000023
其中，Mf(x,y)为焦平面上调制度分布，Mn(x,y)为第n帧条纹提取的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数；
将离焦平面上光场分布表示为焦平面图像与点扩散函数的卷积，如下式(5)所示：
Figure FDA0003373618330000024
其中，In”(x,y；δ)表示离焦平面上的光场分布，δ为离焦程度，
Figure FDA0003373618330000026
为卷积操作符号，H(x,y；δ)表示点扩散函数，利用二维高斯函数通过如下式(6)表示
Figure FDA0003373618330000025
其中，σH＝Cr为点扩散函数标准偏差，C为与系统相关的常数；
当投影仪分别用不同焦距扫描时，获得点扩散函数标准偏差分别为
Figure FDA0003373618330000031
将该参数带入式(6)，再同式(1)代入式(5)，获得在不同离焦面上的光场分布：
Figure FDA0003373618330000032
其中，
Figure FDA0003373618330000033
表示点扩散函数标准偏差
Figure FDA0003373618330000034
(即离焦程度
Figure FDA0003373618330000035
)处像平面上的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将上式(7)中的6个条纹图按照式(2)-(4)，依次两帧相减再求和，傅里叶变换，逆傅里叶变换，取模获得在6个不同离焦面上的制度分布如下式(8)所示：
Figure FDA0003373618330000036
其中，
Figure FDA0003373618330000037
点扩散函数标准偏差
Figure FDA0003373618330000038
(即离焦程度
Figure FDA0003373618330000039
)处像平面上的调制度分布，Mf(x,y)表示焦平面上的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数。
3.一种基于旋转光栅投影法三维面形垂直测量装置，其特征在于，包括旋转光栅投影法标定测量系统以及处理器，所述旋转光栅投影法标定测量系统包括投影设备，安装在所述投影设备上的变焦镜头、成像设备、半透半反镜。
所述处理器，被配置为：
基于旋转光栅投影法标定测量系统以建立调制度-高度映射查找表；
连续改变变焦镜头的电流值，连续循环投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面，成像设备同步采集被测物体表面上的光场分布，将每六幅条纹为一组，且依次两帧相减再求和进行数据保存；
在计算条纹图调制度信息时，对单帧条纹图利用傅里叶变换操作，选取旋转滤波器分别滤取多个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模计算获得六幅调制度分布；
根据调制度-高度映射查找表获得被测物体三维面形每个像素点深度信息。
4.根据权利要求3所述的三维面形垂直测量装置，其特征在于，所述处理器被配置为：
分别投影六幅旋转夹角30°的光栅图到被测物体表面上时，在焦平面上采集的光场分布通过如下式(1)表示为：
Figure FDA0003373618330000041
其中，为In(x,y)为在焦平面上采集的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将所述式(1)的6个条纹图依次两帧相减再求和，获得：
Figure FDA0003373618330000042
将式(2)傅里叶变换获得其在频域中的表达式如下式(3)所示：
Figure FDA0003373618330000043
其中，G′n(fx,fy)表示n次频谱，G′-n(fx,fy)表示负n次频谱，且G′n(fx,fy)与G′-n(fx,fy)互为共轭；
选取旋转滤波器分别滤取六个方向角的基频分量，再进行逆傅里叶变换和取模即可获得六幅条纹图在焦平面上的调制度分布，如下式(4)所示：
Figure FDA0003373618330000051
其中，Mf(x,y)为焦平面上调制度分布，Mn(x,y)为第n帧条纹提取的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数；
将离焦平面上光场分布表示为焦平面图像与点扩散函数的卷积，如下式(5)所示：
Figure FDA0003373618330000052
其中，In”(x,y；δ)表示离焦平面上的光场分布，δ为离焦程度，
Figure FDA0003373618330000053
为卷积操作符号，H(x,y；δ)表示点扩散函数，利用二维高斯函数通过如下式(6)表示
Figure FDA0003373618330000054
其中，σH＝Cr为点扩散函数标准偏差，C为与系统相关的常数；
当投影仪分别用不同焦距扫描时，获得点扩散函数标准偏差分别为
Figure FDA0003373618330000055
将该参数带入式(6)，再同式(1)代入式(5)，获得在不同离焦面上的光场分布：
Figure FDA0003373618330000056
其中，
Figure FDA0003373618330000057
表示点扩散函数标准偏差
Figure FDA0003373618330000058
(即离焦程度
Figure FDA0003373618330000059
)处像平面上的光场分布，n为条纹序列号，R(x,y)为被测物体表面的反射率，M为系统放大倍数，B(x,y)表示环境光强，C(x,y)代表条纹对比度，f0为条纹频率，Φ0(x,y)为条纹初始相位；
将上式(7)中的6个条纹图按照式(2)-(4)，依次两帧相减再求和，傅里叶变换，逆傅里叶变换，取模获得在6个不同离焦面上的制度分布如下式(8)所示：
Figure FDA0003373618330000061
其中，
Figure FDA0003373618330000062
点扩散函数标准偏差
Figure FDA0003373618330000063
(即离焦程度
Figure FDA0003373618330000064
)处像平面上的调制度分布，Mf(x,y)表示焦平面上的调制度分布，R(x,y)为被测物体表面的反射率，C(x,y)代表条纹对比度，M为测量系统的放大倍数。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1-4中的任一项所述的方法。
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