CN114509024B - 基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置 - Google Patents

基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置 Download PDF

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CN114509024B CN202210413263.XA CN202210413263A CN114509024B CN 114509024 B CN114509024 B CN 114509024B CN 202210413263 A CN202210413263 A CN 202210413263A CN 114509024 B CN114509024 B CN 114509024B
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Abstract

本发明涉及光学三维测量技术领域，公开了基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置。本发明基于多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案形成对应的正弦条纹，并投射至待测物体，采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，并计算所采集的正弦条纹的包裹相位，根据包裹相位确定高频正弦条纹的绝对相位，并基于离焦度计算高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，根据相位误差从得到的绝对相位中确定最优绝对相位，用于进行大深度范围的三维测量。本发明有利于提高绝对相位的计算精度，减少因离焦度不合适而导致的相位误差，有效实现大深度范围的三维测量。

Description

基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及光学三维测量技术领域，尤其涉及基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置。
背景技术
结构光三维测量技术是目前三维测量领域中的研究重点。结构光三维测量技术主要是将结构光投射到被测物体上，通过结构光的变形来确定被测物的尺寸参数。目前大部分的结构光三维测量系统采用二值条纹离焦投影技术。
二值条纹离焦投影技术，其原理是利用离焦效应把二值条纹模糊成标准的正弦条纹。二值条纹离焦程度过度或不足均会导致包裹相位误差增大。离焦度会随着与焦平面之间的距离的增大而增大，因此大景深测量中会存在离焦度不合适的情况，相位误差大。
发明内容
本发明提供了基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置，解决了目前基于二值条纹离焦投影技术的结构光三维测量系统难以实现大深度范围的三维测量的技术问题。
本发明第一方面提供一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法，包括：
生成待投影图案集，所述待投影图案集包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体；
采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，采用N步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；
根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；
根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；
根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体，包括：
引入调制度衰减系数，使离焦调制形成的正弦条纹为：
Figure 357165DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 490207DEST_PATH_IMAGE002
表示图案序号，
Figure 543613DEST_PATH_IMAGE003
表示对所述待投影图案集中第
Figure 242448DEST_PATH_IMAGE002
个图案进行离焦调制所形成的正弦条纹，
Figure 723108DEST_PATH_IMAGE004
为图案像素坐标，
Figure 48172DEST_PATH_IMAGE005
为调制度衰减系数，
Figure 639690DEST_PATH_IMAGE006
为所述待投影图案集中图案的灰度最大值，
Figure 458611DEST_PATH_IMAGE007
为余弦级数序号，
Figure 172489DEST_PATH_IMAGE008
为调制相位，
Figure 952226DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述引入调制度衰减系数，包括：
设置调制度衰减系数与离焦度的关系为：
Figure 613014DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 427387DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度，其值为点扩散函数的标准差，
Figure 613298DEST_PATH_IMAGE012
为当前进行离焦调制的图案的条纹宽度。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述采用
Figure 880332DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，包括：
根据下式求解不同频率的正弦条纹的包裹相位：
Figure 344811DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 76007DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 69370DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数，
Figure 823700DEST_PATH_IMAGE002
为图案序号，
Figure 685345DEST_PATH_IMAGE015
表示正弦条纹，
Figure 975775DEST_PATH_IMAGE016
为正弦条纹
Figure 140040DEST_PATH_IMAGE015
的包裹相位。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位，包括：
根据下式求解高频正弦条纹的绝对相位：
Figure 240720DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 781423DEST_PATH_IMAGE018
表示经过多频外差方法得到的第
Figure 221631DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的绝对相位，
Figure 87956DEST_PATH_IMAGE020
为基于多频外差方法的解包裹函数，
Figure 551298DEST_PATH_IMAGE021
为第
Figure 253282DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的包裹相位，
Figure 485680DEST_PATH_IMAGE022
为中频正弦条纹的包裹相位，
Figure 522906DEST_PATH_IMAGE023
为低频正弦条纹的包裹相位，
Figure 473545DEST_PATH_IMAGE024
为高频正弦条纹的数量，与待投影图案集中高频二值条纹图案的数量对应。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，包括：
按照下式计算不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度：
Figure 418367DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 629905DEST_PATH_IMAGE012
表示图案的条纹宽度，
Figure 572454DEST_PATH_IMAGE026
表示高频二值条纹图案的调制度，
Figure 777432DEST_PATH_IMAGE027
为谐波信号的响应量，
Figure 463629DEST_PATH_IMAGE028
为高频二值条纹图案的调制度衰减系数；
根据下列的调制度与离焦度的关系式计算离焦度：
Figure 529674DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 643123DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 630671DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 120558DEST_PATH_IMAGE032
分别表示待投影图案集中第一个、第
Figure 447634DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 818136DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的条纹宽度，
Figure 230663DEST_PATH_IMAGE024
为待投影图案集中高频二值条纹图案的数量，
Figure 524241DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 768140DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 223392DEST_PATH_IMAGE035
分别对应第一个、第
Figure 716691DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 282801DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的调制度，
Figure 351514DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，包括：
按照下式估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差：
Figure 836722DEST_PATH_IMAGE036
式中，
Figure 958261DEST_PATH_IMAGE037
表示估计的正弦条纹在条纹宽度为
Figure 390380DEST_PATH_IMAGE031
下的相位误差，
Figure 546555DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 609188DEST_PATH_IMAGE038
为随机噪声的方差值，
Figure 575614DEST_PATH_IMAGE039
表示求解
Figure 483527DEST_PATH_IMAGE013
与2的最小公倍数，
Figure 759788DEST_PATH_IMAGE040
为条纹宽度为
Figure 790061DEST_PATH_IMAGE031
的高频二值条纹图案的调制度衰减系数。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位，包括：
从获取的高频正弦条纹的绝对相位中，选择与最小相位误差对应的绝对相位作为最优绝对相位。
本发明第二方面提供一种基于相位融合的大深度范围三维测量系统，其特征在于，包括：
图案生成模块，用于生成待投影图案集，所述待投影图案集包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
成像镜头，用于对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体；
相机镜头，用于采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹；
测量模块，用于采用
Figure 886193DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对所述相机镜头采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述成像镜头具体用于：
引入调制度衰减系数，使离焦调制形成的正弦条纹为：
Figure 456851DEST_PATH_IMAGE041
式中，
Figure 322039DEST_PATH_IMAGE002
表示图案序号，
Figure 227940DEST_PATH_IMAGE003
表示对所述待投影图案集中第
Figure 811369DEST_PATH_IMAGE002
个图案进行离焦调制所形成的正弦条纹，
Figure 185718DEST_PATH_IMAGE004
为图案像素坐标，
Figure 905412DEST_PATH_IMAGE005
为调制度衰减系数，
Figure 277488DEST_PATH_IMAGE006
为所述待投影图案集中图案的灰度最大值，
Figure 613791DEST_PATH_IMAGE007
为余弦级数序号，
Figure 667198DEST_PATH_IMAGE008
为调制相位，
Figure 870427DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述成像镜头引入调制度衰减系数时，具体用于：
设置调制度衰减系数与离焦度的关系为：
Figure 351087DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 174686DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度，其值为点扩散函数的标准差，
Figure 828522DEST_PATH_IMAGE012
为当前进行离焦调制的图案的条纹宽度。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述测量模块包括：
包裹相位求解单元，用于根据下式求解不同频率的正弦条纹的包裹相位：
Figure 522808DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 299003DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 78740DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数，
Figure 240994DEST_PATH_IMAGE002
为图案序号，
Figure 55366DEST_PATH_IMAGE015
表示正弦条纹，
Figure 736883DEST_PATH_IMAGE016
为正弦条纹
Figure 66233DEST_PATH_IMAGE015
的包裹相位。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述测量模块还包括：
绝对相位求解单元，用于根据下式求解高频正弦条纹的绝对相位：
Figure 265133DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 199591DEST_PATH_IMAGE018
表示经过多频外差方法得到的第
Figure 192955DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的绝对相位，
Figure 304874DEST_PATH_IMAGE020
为基于多频外差方法的解包裹函数，
Figure 307465DEST_PATH_IMAGE021
为第
Figure 830851DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的包裹相位，
Figure 323012DEST_PATH_IMAGE022
为中频正弦条纹的包裹相位，
Figure 564637DEST_PATH_IMAGE023
为低频正弦条纹的包裹相位，
Figure 698815DEST_PATH_IMAGE024
为高频正弦条纹的数量，与待投影图案集中高频二值条纹图案的数量对应。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述测量模块包括：
调制度计算单元，用于按照下式计算不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度：
Figure 342286DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 444497DEST_PATH_IMAGE012
表示图案的条纹宽度，
Figure 173418DEST_PATH_IMAGE026
表示高频二值条纹图案的调制度，
Figure 111287DEST_PATH_IMAGE027
为谐波信号的响应量，
Figure 609265DEST_PATH_IMAGE028
为高频二值条纹图案的调制度衰减系数；
离焦度计算单元，用于根据下列的调制度与离焦度的关系式计算离焦度：
Figure 443229DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 659446DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 541952DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 269603DEST_PATH_IMAGE032
分别表示待投影图案集中第一个、第
Figure 212152DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 915665DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的条纹宽度，
Figure 398599DEST_PATH_IMAGE024
为待投影图案集中高频二值条纹图案的数量，
Figure 871169DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 843673DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 535948DEST_PATH_IMAGE035
分别对应第一个、第
Figure 760256DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 680807DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的调制度，
Figure 27475DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述测量模块还包括：
相位误差估计单元，用于按照下式估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差：
Figure 440002DEST_PATH_IMAGE036
式中，
Figure 733580DEST_PATH_IMAGE037
表示估计的正弦条纹在条纹宽度为
Figure 915163DEST_PATH_IMAGE031
下的相位误差，
Figure 462425DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 627827DEST_PATH_IMAGE038
为随机噪声的方差值，
Figure 193938DEST_PATH_IMAGE039
表示求解
Figure 557923DEST_PATH_IMAGE013
与2的最小公倍数，
Figure 777552DEST_PATH_IMAGE040
为条纹宽度为
Figure 164671DEST_PATH_IMAGE031
的高频二值条纹图案的调制度衰减系数。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述测量模块还包括：
最优绝对相位确定单元，用于从获取的高频正弦条纹的绝对相位中，选择与最小相位误差对应的绝对相位作为最优绝对相位。
本发明第三方面提供一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法，所述方法应用于测量模块，所述方法包括：
接收相机镜头采集的被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，所述正弦条纹由所述相机镜头在成像镜头将离焦调制的待投影图案集投射至待测物体后进行采集，所述待投影图案包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
采用
Figure 301516DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；
根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；
根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；
根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
本发明第四方面提供了一种基于相位融合的大深度范围三维测量装置，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现本发明第三方面所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
本发明第五方面一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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本发明第三方面所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明基于多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案形成对应的正弦条纹，并投射至待测物体，采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，并计算所采集的正弦条纹的包裹相位，根据包裹相位确定高频正弦条纹的绝对相位，并基于离焦度计算高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，根据相位误差从得到的绝对相位中确定最优绝对相位，用于进行大深度范围的三维测量；本发明对不同频率的正弦条纹的包裹相位进行解包裹以获取绝对相位，有利于提高绝对相位的计算精度，且基于相位误差确定最优绝对相位以用于进行大深度范围的三维测量，能够减少因离焦度不合适而导致的相位误差，有效实现大深度范围的三维测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个可选实施例提供的一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法的流程图；
图2为本发明一个可选实施例提供的一种基于相位融合的大深度范围三维测量系统的原理框图；
图3为本发明一个可选实施例提供的由测量模块执行的一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法的流程图。
附图标记：
图2中，1- 图案生成模块；2-成像镜头；3-相机镜头；4-测量模块。
具体实施方式
本发明实施例提供了基于相位融合的大深度范围三维测量方法、系统及装置，用于解决目前基于二值条纹离焦投影技术的结构光三维测量系统难以实现大深度范围的三维测量的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面提供了一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法的流程图。
本发明实施例提供的一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法，包括步骤S1- S6。
下面对步骤S1- S6进行具体阐述。
步骤S1，生成待投影图案集，所述待投影图案集包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案。
其中，可以利用图案生成模块生成待投影图案集。
具体地，可以根据下式生成不同频率的二值条纹图案：
Figure 192112DEST_PATH_IMAGE042
式中，
Figure 848221DEST_PATH_IMAGE004
表示图案像素坐标，
Figure 519374DEST_PATH_IMAGE043
表示正弦条纹图案，
Figure 958446DEST_PATH_IMAGE044
为正弦条纹图案
Figure 969127DEST_PATH_IMAGE043
经过二值化生成的二值条纹图案，
Figure 300532DEST_PATH_IMAGE002
为图案序号，
Figure 396664DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数，
Figure 373847DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 301352DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 299264DEST_PATH_IMAGE012
表示条纹宽度，
Figure 882692DEST_PATH_IMAGE006
表示投影的二值条纹图案中的灰度最大值。
二值条纹图案
Figure 899452DEST_PATH_IMAGE046
可以写成如下的余弦级数形式：
Figure 884725DEST_PATH_IMAGE047
式中，
Figure 53538DEST_PATH_IMAGE007
为余弦级数序号，
Figure 186580DEST_PATH_IMAGE008
为调制相位。
步骤S2，对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体。
具体地，将每个形成的正弦条纹依次投射至待测物体，可由相机镜头同步采集相应的被待测物体高度调制变形后的正弦条纹。
二值条纹通过投影的离焦效应模糊变成正弦条纹。离焦对投影条纹的影响可以近似于高斯滤波。由于空间域的卷积相当于频域相乘。离焦后的二值条纹可以用下式表达：
Figure 239986DEST_PATH_IMAGE048
式中，
Figure 345345DEST_PATH_IMAGE049
表示离焦后的二值条纹，
Figure 183595DEST_PATH_IMAGE050
为离焦前的二值条纹，
Figure 476036DEST_PATH_IMAGE011
为点扩散函数的标准差，是投影的离焦程度，
Figure 598713DEST_PATH_IMAGE004
为图案像素坐标。
引入调制度衰减系数，使离焦调制形成的正弦条纹为：
Figure 292999DEST_PATH_IMAGE041
式中，
Figure 6878DEST_PATH_IMAGE002
表示图案序号，
Figure 911249DEST_PATH_IMAGE003
表示对所述待投影图案集中第
Figure 306458DEST_PATH_IMAGE002
个图案进行离焦调制所形成的正弦条纹，
Figure 622295DEST_PATH_IMAGE004
为图案像素坐标，
Figure 569391DEST_PATH_IMAGE005
为调制度衰减系数，
Figure 836424DEST_PATH_IMAGE006
为调制度衰减系数，
Figure 97641DEST_PATH_IMAGE007
为余弦级数序号，
Figure 766520DEST_PATH_IMAGE008
为调制相位，
Figure 25463DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数。
其中，调制度衰减系数与离焦度的关系为：
Figure 131523DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 868535DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度，其值为点扩散函数的标准差，
Figure 657499DEST_PATH_IMAGE012
为当前进行离焦调制的图案的条纹宽度。
步骤S3，采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，采用
Figure 149660DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位。
在一种能够实现的方式中，所述采用
Figure 125707DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，包括：
根据下式求解不同频率的正弦条纹的包裹相位：
Figure 525464DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 935979DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 271145DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数，
Figure 859122DEST_PATH_IMAGE002
为图案序号，
Figure 253DEST_PATH_IMAGE015
表示正弦条纹，
Figure 498230DEST_PATH_IMAGE016
为正弦条纹
Figure 269877DEST_PATH_IMAGE015
的包裹相位。
作为一种实施方式，可以采用四步相移法，其中设置每步的相移为π/2。
在一种能够实现的方式中，所述利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位，包括：
根据下式求解高频正弦条纹的绝对相位：
Figure 486095DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 726190DEST_PATH_IMAGE018
表示经过多频外差方法得到的第
Figure 344253DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的绝对相位，
Figure 286801DEST_PATH_IMAGE020
为基于多频外差方法的解包裹函数，
Figure 787053DEST_PATH_IMAGE021
为第
Figure 66725DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的包裹相位，
Figure 539294DEST_PATH_IMAGE022
为中频正弦条纹的包裹相位，
Figure 154209DEST_PATH_IMAGE023
为低频正弦条纹的包裹相位，
Figure 938494DEST_PATH_IMAGE024
为高频正弦条纹的数量，与待投影图案集中高频二值条纹图案的数量对应。
由于基于多频外差方法的解包裹函数的计算可以参考现有技术，本发明实施例对此不做限定。
步骤S4，根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差。
在一种能够实现的方式中，所述根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，包括：
按照下式计算不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度：
Figure 162802DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 552195DEST_PATH_IMAGE012
表示图案的条纹宽度，
Figure 102125DEST_PATH_IMAGE026
表示高频二值条纹图案的调制度，
Figure 878101DEST_PATH_IMAGE027
为谐波信号的响应量，
Figure 640520DEST_PATH_IMAGE028
为高频二值条纹图案的调制度衰减系数；
根据下列的调制度与离焦度的关系式计算离焦度：
Figure 87682DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 542934DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 505074DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 930239DEST_PATH_IMAGE032
分别表示待投影图案集中第一个、第
Figure 966328DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 359526DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的条纹宽度，
Figure 605699DEST_PATH_IMAGE024
为待投影图案集中高频二值条纹图案的数量，
Figure 709922DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 928413DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 725468DEST_PATH_IMAGE035
分别对应第一个、第
Figure 599883DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 130965DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的调制度，
Figure 141647DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度。
本发明实施例，给出了调制度与离焦度的关系式，有益于提高离焦度的计算效率，在整体上有益于提高三维测量的效率。
在一种能够实现的方式中，所述根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，包括：
按照下式估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差：
Figure 375182DEST_PATH_IMAGE036
式中，
Figure 533631DEST_PATH_IMAGE037
表示估计的正弦条纹在条纹宽度为
Figure 979656DEST_PATH_IMAGE031
下的相位误差，
Figure 969477DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 875378DEST_PATH_IMAGE038
为随机噪声的方差值，
Figure 458807DEST_PATH_IMAGE039
表示求解
Figure 567577DEST_PATH_IMAGE013
与2的最小公倍数，
Figure 615167DEST_PATH_IMAGE040
为条纹宽度为
Figure 924926DEST_PATH_IMAGE031
的高频二值条纹图案的调制度衰减系数。
本发明实施例，提供了高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差的计算公式，根据该计算公式，可以快速有效地计算高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差。
步骤S5，根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位。
在一种能够实现的方式中，所述根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位，包括：
从获取的高频正弦条纹的绝对相位中，选择与最小相位误差对应的绝对相位作为最优绝对相位。
在另一种能够实现的方式中，可以从获取的高频正弦条纹的绝对相位中，选择最小相位误差对应的绝对相位和次小相位误差对应的绝对相位，对选择的绝对相位求取平均值作为最优绝对相位。
步骤S6，根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
本发明第二方面还提供了一种基于相位融合的大深度范围三维测量系统。该系统可以用于实现上述任意一项实施例所述的方法。
请参阅图2，图2示出了本发明实施例提供的一种基于相位融合的大深度范围三维测量系统的原理框图。
本发明实施例提供了一种基于相位融合的大深度范围三维测量系统，包括：
图案生成模块1，用于生成待投影图案集，所述待投影图案集包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
成像镜头2，用于对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体；
相机镜头3，用于采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹；
测量模块4，用于采用
Figure 261229DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对所述相机镜头3采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
在一种能够实现的方式中，所述成像镜头2具体用于：
引入调制度衰减系数，使离焦调制形成的正弦条纹为：
Figure 689804DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 529584DEST_PATH_IMAGE002
表示图案序号，
Figure 275823DEST_PATH_IMAGE003
表示对所述待投影图案集中第
Figure 630581DEST_PATH_IMAGE002
个图案进行离焦调制所形成的正弦条纹，
Figure 487679DEST_PATH_IMAGE004
为图案像素坐标，
Figure 41020DEST_PATH_IMAGE005
为调制度衰减系数，
Figure 459625DEST_PATH_IMAGE006
为所述待投影图案集中图案的灰度最大值，
Figure 363996DEST_PATH_IMAGE007
为余弦级数序号，
Figure 759205DEST_PATH_IMAGE008
为调制相位，
Figure 370315DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数。
在一种能够实现的方式中，所述成像镜头2引入调制度衰减系数时，具体用于：
设置调制度衰减系数与离焦度的关系为：
Figure 723936DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 990969DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度，其值为点扩散函数的标准差，
Figure 281880DEST_PATH_IMAGE012
为当前进行离焦调制的图案的条纹宽度。
在一种能够实现的方式中，所述测量模块4包括：
包裹相位求解单元，用于根据下式求解不同频率的正弦条纹的包裹相位：
Figure 216338DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 475281DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 26348DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数，
Figure 28939DEST_PATH_IMAGE002
为图案序号，
Figure 411379DEST_PATH_IMAGE015
表示正弦条纹，
Figure 342688DEST_PATH_IMAGE016
为正弦条纹
Figure 584313DEST_PATH_IMAGE015
的包裹相位。
在一种能够实现的方式中，所述测量模块4还包括：
绝对相位求解单元，用于根据下式求解高频正弦条纹的绝对相位：
Figure 984071DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 361962DEST_PATH_IMAGE018
表示经过多频外差方法得到的第
Figure 25025DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的绝对相位，
Figure 753947DEST_PATH_IMAGE020
为基于多频外差方法的解包裹函数，
Figure 98340DEST_PATH_IMAGE021
为第
Figure 959767DEST_PATH_IMAGE019
个高频正弦条纹的包裹相位，
Figure 731414DEST_PATH_IMAGE022
为中频正弦条纹的包裹相位，
Figure 947631DEST_PATH_IMAGE023
为低频正弦条纹的包裹相位，
Figure 892454DEST_PATH_IMAGE024
为高频正弦条纹的数量，与待投影图案集中高频二值条纹图案的数量对应。
在一种能够实现的方式中，所述测量模块4包括：
调制度计算单元，用于按照下式计算不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度：
Figure 103992DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 780961DEST_PATH_IMAGE012
表示图案的条纹宽度，
Figure 985940DEST_PATH_IMAGE026
表示高频二值条纹图案的调制度，
Figure 672136DEST_PATH_IMAGE027
为谐波信号的响应量，
Figure 738181DEST_PATH_IMAGE028
为高频二值条纹图案的调制度衰减系数；
离焦度计算单元，用于根据下列的调制度与离焦度的关系式计算离焦度：
Figure 913947DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 839178DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 329065DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 13731DEST_PATH_IMAGE032
分别表示待投影图案集中第一个、第
Figure 563661DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 710609DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的条纹宽度，
Figure 800925DEST_PATH_IMAGE024
为待投影图案集中高频二值条纹图案的数量，
Figure 841562DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 296814DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 963681DEST_PATH_IMAGE035
分别对应第一个、第
Figure 388846DEST_PATH_IMAGE019
个、第
Figure 424935DEST_PATH_IMAGE024
个高频二值条纹图案的调制度，
Figure 113405DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度。
在一种能够实现的方式中，所述测量模块4还包括：
相位误差估计单元，用于按照下式估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差：
Figure 234945DEST_PATH_IMAGE036
式中，
Figure 870326DEST_PATH_IMAGE037
表示估计的正弦条纹在条纹宽度为
Figure 378231DEST_PATH_IMAGE031
下的相位误差，
Figure 440865DEST_PATH_IMAGE013
为投影的图案数量，
Figure 49701DEST_PATH_IMAGE038
为随机噪声的方差值，
Figure 19931DEST_PATH_IMAGE039
表示求解
Figure 30612DEST_PATH_IMAGE013
与2的最小公倍数，
Figure 857623DEST_PATH_IMAGE040
为条纹宽度为
Figure 720799DEST_PATH_IMAGE031
的高频二值条纹图案的调制度衰减系数。
在一种能够实现的方式中，所述测量模块4还包括：
最优绝对相位确定单元，用于从获取的高频正弦条纹的绝对相位中，选择与最小相位误差对应的绝对相位作为最优绝对相位。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述地方便和简洁，上述描述的系统、模块及单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程。上述描述的系统、模块及单元的具体有益效果，可以参考前述方法实施例中的对应有益效果，在此不再赘述。
本发明第三方面还提供一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法，所述方法应用于测量模块。
请参阅图3，图3示出了本发明实施例提供的由测量模块执行的一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法的流程图。其中，该测量模块可为如上系统中任意一项实施例所述的测量模块。
本发明实施例的方法包括：
步骤S10，接收相机镜头采集的被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，所述正弦条纹由所述相机镜头在成像镜头将离焦调制的待投影图案集投射至待测物体后进行采集，所述待投影图案包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
步骤S20，采用
Figure 291457DEST_PATH_IMAGE013
步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；
步骤S30，根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；
步骤S40，根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；
步骤S50，根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
需要说明的是，本实施例的方法中各步骤的具体实施方式，可以参考前述系统中测量模块在实现具体功能时所执行的步骤，在此不再赘述。
本发明还提供了一种基于相位融合的大深度范围三维测量装置，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现本发明第三方面实施例所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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本发明第三方面实施例所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法。
本发明上述实施例，对不同频率的正弦条纹的包裹相位进行解包裹以获取绝对相位，有利于提高绝对相位的计算精度，且基于相位误差确定最优绝对相位以用于进行大深度范围的三维测量，能够减少因离焦度不合适而导致的相位误差，有效实现大深度范围的三维测量。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上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精神和范围。

Claims (12)

1.一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，包括：
生成待投影图案集，所述待投影图案集包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体；
采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，采用N步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；
根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；
根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；
根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
2.根据权利要求1所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体，包括：
引入调制度衰减系数，使离焦调制形成的正弦条纹为：
Figure 16140DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 63730DEST_PATH_IMAGE002
表示图案序号，
Figure 701385DEST_PATH_IMAGE003
表示对所述待投影图案集中第
Figure 568847DEST_PATH_IMAGE002
个图案进行离焦调制所形成的正弦条纹，
Figure 451614DEST_PATH_IMAGE004
为图案像素坐标，
Figure 88132DEST_PATH_IMAGE005
为调制度衰减系数，
Figure 631109DEST_PATH_IMAGE006
为所述待投影图案集中图案的灰度最大值，
Figure 923550DEST_PATH_IMAGE007
为余弦级数序号，
Figure 108543DEST_PATH_IMAGE008
为调制相位，
Figure 101032DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数。
3.根据权利要求2所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述引入调制度衰减系数，包括：
设置调制度衰减系数与离焦度的关系为：
Figure 752594DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 860227DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度，其值为点扩散函数的标准差，
Figure 583332DEST_PATH_IMAGE012
为当前进行离焦调制的图案的条纹宽度。
4.根据权利要求2所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述采用N步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，包括：
根据下式求解不同频率的正弦条纹的包裹相位：
Figure 132125DEST_PATH_IMAGE013
式中，
Figure 16905DEST_PATH_IMAGE014
为投影的图案数量，
Figure 113299DEST_PATH_IMAGE009
为相移参数，
Figure 46620DEST_PATH_IMAGE002
为图案序号，
Figure 512236DEST_PATH_IMAGE015
表示正弦条纹，
Figure 771179DEST_PATH_IMAGE016
为正弦条纹
Figure 322246DEST_PATH_IMAGE017
的包裹相位。
5.根据权利要求4所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位，包括：
根据下式求解高频正弦条纹的绝对相位：
Figure 652734DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 176119DEST_PATH_IMAGE019
表示经过多频外差方法得到的第
Figure 638586DEST_PATH_IMAGE020
个高频正弦条纹的绝对相位，
Figure 942529DEST_PATH_IMAGE021
为基于多频外差方法的解包裹函数，
Figure 483232DEST_PATH_IMAGE022
为第
Figure 189019DEST_PATH_IMAGE020
个高频正弦条纹的包裹相位，
Figure 586503DEST_PATH_IMAGE023
为中频正弦条纹的包裹相位，
Figure 49845DEST_PATH_IMAGE024
为低频正弦条纹的包裹相位，
Figure 223600DEST_PATH_IMAGE025
为高频正弦条纹的数量，与待投影图案集中高频二值条纹图案的数量对应。
6.根据权利要求2所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，包括：
按照下式计算不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度：
Figure 518315DEST_PATH_IMAGE026
式中，
Figure 86699DEST_PATH_IMAGE012
表示图案的条纹宽度，
Figure 302917DEST_PATH_IMAGE027
表示高频二值条纹图案的调制度，
Figure 513319DEST_PATH_IMAGE028
为谐波信号的响应量，
Figure 164005DEST_PATH_IMAGE029
为高频二值条纹图案的调制度衰减系数；
根据下列的调制度与离焦度的关系式计算离焦度：
Figure 903291DEST_PATH_IMAGE030
式中，
Figure 341225DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 355318DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 359046DEST_PATH_IMAGE033
分别表示待投影图案集中第一个、第
Figure 472495DEST_PATH_IMAGE020
个、第
Figure 215368DEST_PATH_IMAGE025
个高频二值条纹图案的条纹宽度，
Figure 236414DEST_PATH_IMAGE025
为待投影图案集中高频二值条纹图案的数量，
Figure 563490DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 910158DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 385001DEST_PATH_IMAGE036
分别对应第一个、第
Figure 413000DEST_PATH_IMAGE020
个、第
Figure 892785DEST_PATH_IMAGE025
个高频二值条纹图案的调制度，
Figure 410354DEST_PATH_IMAGE011
为离焦度。
7.根据权利要求6所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，包括：
按照下式估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差：
Figure 310177DEST_PATH_IMAGE037
式中，
Figure 204184DEST_PATH_IMAGE038
表示估计的正弦条纹在条纹宽度为
Figure 240273DEST_PATH_IMAGE032
下的相位误差，
Figure 663164DEST_PATH_IMAGE014
为投影的图案数量，
Figure 614065DEST_PATH_IMAGE039
为随机噪声的方差值，
Figure 780604DEST_PATH_IMAGE040
表示求解N与2的最小公倍数，
Figure 936779DEST_PATH_IMAGE041
为条纹宽度为
Figure 796151DEST_PATH_IMAGE032
的高频二值条纹图案的调制度衰减系数。
8.根据权利要求7所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位，包括：
从获取的高频正弦条纹的绝对相位中，选择与最小相位误差对应的绝对相位作为最优绝对相位。
9.一种基于相位融合的大深度范围三维测量系统，其特征在于，包括：
图案生成模块，用于生成待投影图案集，所述待投影图案集包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
成像镜头，用于对所述待投影图案集中的每个图案进行离焦调制，形成正弦条纹投射至待测物体；
相机镜头，用于采集被待测物体高度调制变形后的正弦条纹；
测量模块，用于采用N步相移法对所述相机镜头采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
10.一种基于相位融合的大深度范围三维测量方法，其特征在于，所述方法应用于测量模块，所述方法包括：
接收相机镜头采集的被待测物体高度调制变形后的正弦条纹，所述正弦条纹由所述相机镜头在成像镜头将离焦调制的待投影图案集投射至待测物体后进行采集，所述待投影图案包括多个不同条纹宽度的高频二值条纹图案、一个中频二值条纹图案和一个低频二值条纹图案；
采用N步相移法对采集的正弦条纹进行相位解调，得到不同频率的正弦条纹的包裹相位，并利用多频外差方法进行解包裹以获取高频正弦条纹的绝对相位；
根据不同条纹宽度的高频二值条纹图案的调制度计算离焦度，根据计算得到的离焦度估计对应的高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差；
根据所述高频正弦条纹在不同条纹宽度下的相位误差，从获取的高频正弦条纹的绝对相位中选择一个绝对相位作为最优绝对相位；
根据所述最优绝对相位与三维坐标的映射关系得到被测物体表面的坐标，进行三维重建，完成被测物体表面的三维测量。
11.一种基于相位融合的大深度范围三维测量装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如权利要求10所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质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如权利要求10所述的基于相位融合的大深度范围三维测量方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116105632B (zh) * 2023-04-12 2023-06-23 四川大学 一种结构光三维成像的自监督相位展开方法及装置
CN116824069B (zh) * 2023-08-31 2023-11-10 四川省产品质量监督检验检测院 利用高频信号检测饱和点的自适应条纹方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107063128A (zh) * 2016-04-29 2017-08-18 华南师范大学 一种双频相移三维测量方法及系统
CN107356212A (zh) * 2017-06-01 2017-11-17 深圳大学 一种基于单幅光栅投影的三维测量方法和系统
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
CN110375673A (zh) * 2019-07-01 2019-10-25 武汉斌果科技有限公司 一种基于多焦投影系统的大景深二值离焦三维测量方法
CN113237437A (zh) * 2021-06-02 2021-08-10 苏州大学 一种基于位相编码元件的结构光三维形貌测量方法及装置
CN113344985A (zh) * 2021-06-18 2021-09-03 张羽 一种针对相移结构光成像的多径干扰的解扰方法
CN113465545A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 北京航空航天大学 一种基于高速led阵列的三维测量系统及其测量方法
CN113551618A (zh) * 2021-07-14 2021-10-26 苏州大学 一种基于衍射编码相位板的条纹投影三维形貌测量方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110080471A1 (en) * 2009-10-06 2011-04-07 Iowa State University Research Foundation, Inc. Hybrid method for 3D shape measurement
US8929644B2 (en) * 2013-01-02 2015-01-06 Iowa State University Research Foundation 3D shape measurement using dithering
CA3129216A1 (en) * 2019-02-06 2020-08-13 Institut National De La Recherche Scientifique A method and a system for 3d imaging
CN111060028B (zh) * 2019-12-23 2020-08-04 广东工业大学 一种复合正弦梯形条纹结构光三维测量方法
CA3126592A1 (fr) * 2020-08-03 2022-02-03 Institut De La Recherche Scientifique Method and system for high-speed dual-view band-limited illumination profilometry

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107063128A (zh) * 2016-04-29 2017-08-18 华南师范大学 一种双频相移三维测量方法及系统
CN107356212A (zh) * 2017-06-01 2017-11-17 深圳大学 一种基于单幅光栅投影的三维测量方法和系统
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
CN110375673A (zh) * 2019-07-01 2019-10-25 武汉斌果科技有限公司 一种基于多焦投影系统的大景深二值离焦三维测量方法
CN113237437A (zh) * 2021-06-02 2021-08-10 苏州大学 一种基于位相编码元件的结构光三维形貌测量方法及装置
CN113344985A (zh) * 2021-06-18 2021-09-03 张羽 一种针对相移结构光成像的多径干扰的解扰方法
CN113465545A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 北京航空航天大学 一种基于高速led阵列的三维测量系统及其测量方法
CN113551618A (zh) * 2021-07-14 2021-10-26 苏州大学 一种基于衍射编码相位板的条纹投影三维形貌测量方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于光栅投影的三维水下测量关键技术研究;陈宏远;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》;20210915(第9期);文章第二章 *
相移条纹投影三维形貌测量技术综述;毛翠丽等;《计量学报》;20180930;第39卷(第5期);文章正文第3.1节 *

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