專利名稱：三維掃描系統(tǒng)中基于格雷碼的相位展開方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到逆向工程中，用三維掃描系統(tǒng)根據(jù)格雷碼進行相位展開的方法。屬于三維信息重構(gòu)的技術領域。
背景技術：
當光柵投影到物體表面上時，周期性光柵的相位就受到物體表面高度輪廓的調(diào)制，形成變形光柵，變形光柵即帶有物體的三維信息。準確得到受到物體高度調(diào)制后的相位信息，并進行相位展開，是條紋圖自動分析技術的核心，對于最終獲取物體的三維信息起著關鍵的作用。逆向工程(Reverse Engineering，RE)技術是20世紀80年代后期出現(xiàn)在先進制造領域里的新技術，其一般包括四個基本環(huán)節(jié)三維形體檢測與轉(zhuǎn)換(物理數(shù)據(jù)的獲得)、數(shù)據(jù)預處理(點云處理、識別、多視拼接)，CAD模型的建立(曲面重構(gòu))、CAM制件成型。大多數(shù)關于逆向工程的研究主要集中在實物的逆向重構(gòu)上，即產(chǎn)品實物的CAD模型重構(gòu)和最終產(chǎn)品的制造方面，稱為“實物逆向工程”。
三維輪廓檢測及其重構(gòu)技術是計算機圖像處理技術的一個分支，是計算機視覺和計算機圖形圖像處理相結(jié)合的一個研究方向，它在生產(chǎn)自動化、機器人視覺、CAD、虛擬現(xiàn)實和醫(yī)學映像診斷等領域都有著廣泛的應用前景。
光柵投影法是實物逆向工程技術中的一種，具有檢測過程完全非接觸、數(shù)據(jù)空間分辨率高、一次性瞬間投影直接實現(xiàn)三維空間物體形狀檢測和獲取三維信息的特點。在實際應用中具有對環(huán)境要求低、成本低廉、使用操作方便等多種優(yōu)點。
基于光柵投影的三維測量就是將光柵圖樣投影到被測物表面，由攝像機獲取變形的光柵像，并由形變量與高度的關系來確定出輪廓相對參考平面的高度信息。根據(jù)形變量與高度關系的不同描述方法以及對光柵條紋的處理方法的不同，可以將光柵投影測量大致分為兩類直接三角法和相位測量法。三角法原理清晰，實時性較好，但是測量點的密度不高，如果采用更細的條紋進行投影，將加大找條紋的難度，因此我們采用了相位法進行處理。當光柵投影到物體表面上時，周期性光柵的相位就受到物體表面高度輪廓的調(diào)制，形成變形光柵，變形光柵即帶有物體的三維信息。準確得到受到物體高度調(diào)制后的相位信息，并進行相位展開，是條紋圖自動分析技術的核心，對于最終獲取物體的三維信息起著關鍵的作用。
在光柵條紋圖中，通過給待求相位場加上已知或未知的常相位，來得到新的條紋圖，即增加求解條件。這種通過對條紋圖相位場進行移相來增加若干常量相位而得到多幅條紋圖用以求解相位場的方法，稱為相移法。相移法可提供比其他方法更高精度的結(jié)果，更重要的是，它沒有相位符號二義性問題。這是因為多幅相移圖比單幅圖提供了更多的信息。通過上述方法得到的相位值在-π～π的范圍內(nèi)是折疊的(wrapped)，為了得到全場唯一的相位值，在從相位分布中導出被測參數(shù)之前必須對所有的象素識別出未知的2π倍數(shù)躍變，從而得到復原的相位解碼。這一過程稱為位相展開(phase unwrapping)或位相復原。采用傳統(tǒng)的解相方法時，由于象素間的不獨立性，在物理間斷區(qū)和噪聲點處易出現(xiàn)“拉線”現(xiàn)象。局部誤差將影響到全局。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題針對現(xiàn)有技術所存在的缺點和限制，本發(fā)明的目的在于設計一種三維掃描系統(tǒng)中基于格雷碼的相位展開方法，此方法進行相位展開方法相對簡單，可以很好的區(qū)分出物理間斷處和噪聲，不依賴于路徑，不存在誤差傳播，能夠得到準確的周期。
技術方案常用的解相位方法就是把每個象素的相位乘上一個2π的整數(shù)倍，也就是相當于確定整場條紋序列的過程。假定相位是緩慢變化的，每個象素相位和它臨近的象素的相位之間的變化很小，只有在折疊的地方相位有一個2π的躍變。假定相位值序列為Φ(i)(i＝0，1，2，……N)，在相鄰象素i-1和i之間的間斷躍變數(shù)目d(i)可由下式計算d(i)=[Φ(i)-Φ(i-1)2π]]]>d(i)可能取值為0，+1或-1。用逐點位相展開算法就可以復原整場的連續(xù)位相分布圖。然而，如果條紋圖存在較大的噪聲，則會造成折疊位相圖產(chǎn)生非正常躍變的間斷，其相應像素稱為局部間斷源。此時如果再用行列逐點位相展開算法就會在局部間斷源處造成2π位相復原誤差。又由于行列位相展開算法的逐點運算性質(zhì)，就會導致這種局部誤差的傳播。另一方面，如果條紋圖本身固有地存在物理間斷區(qū)，則在相應像素處也會產(chǎn)生非正常躍變的局部間斷源。在折疊相位圖具有局部間斷源的情況下(見圖3)，使用行列位相復原算法同樣會在局部間斷區(qū)產(chǎn)生誤差并導致局部誤差的傳播。這兩類誤差傳播的結(jié)果都會在最終復原的連續(xù)位相分布圖中造成階梯式狀態(tài)，即“拉線”現(xiàn)象(見圖4)，從而無法獲得正確的條紋圖位相解碼。因此，對于折疊相位圖具有局部間斷源的情況，采用本專利所描述的基于格雷碼的相位展開方法，并對于物體邊緣格雷碼缺失的位置進行補償，可以避免局部誤差的傳播，并得到準確、完整的相位信息。
為避免這一問題，本發(fā)明設計了一種引入幾幅逐步二分的光柵投影圖案，利用格雷編碼的方法確定相位所在的周期，由此進行相位展開。此方法進行相位展開方法相對簡單，可以很好的區(qū)分出物理間斷處和噪聲，不依賴于路徑，不存在誤差傳播，能夠得到準確的周期。但是由于物體邊緣位置格雷碼有所缺失，導致相位缺失，使得展開的相位圖呈鋸齒狀，因此對這些部分采用相位跳變劃分的方法將缺失相位補全。
根據(jù)空間二進制編碼的要求設計7幅逐步二分的投影光柵圖和帶90°相移的4幅圖，將其投影至被測物體上，并用CCD攝像機拍攝圖像，取回計算機進行分析。根據(jù)四幅相移圖，利用相移法可以得到相位值在-π～π范圍內(nèi)的折疊(wrapped)相位圖。為了得到全場唯一的相位值，在從相位分布中導出被測參數(shù)之前必須對所有的象素識別出未知的2π倍數(shù)躍變，從而得到復原的相位解碼。在此我們對于逐步二分的光柵投影圖進行閾值分割，進而進行格雷編碼，由格雷編碼的結(jié)果劃分出準確的周期，從而將折疊相位圖展開，得到全場唯一的相位值。在物體邊緣位置，由于格雷編碼略有缺失，造成了相應位置的相位不能展開，使得物體邊緣處的相位展開圖呈鋸齒狀。由于物體邊緣處缺失的格雷編碼所占的周期較少，一般僅缺少2～3個周期的邊界，所以采用從左側(cè)和右側(cè)分別判斷是否有2π躍變，分別補全物理間斷處左側(cè)和右側(cè)的展開相位，既能滿足了消除鋸齒狀的要求，又不會造成誤差的傳播，效果較為理想。
根據(jù)空間二進制編碼的要求設計逐步二分的投影光柵圖共七幅和帶90°相移的四幅光柵相移圖，將其投影至被測物體上，然后由CCD攝回至計算機，根據(jù)四幅相移圖，利用相移法，根據(jù) 可以得到相位值在-π～π范圍內(nèi)的折疊相位圖；對逐步二分的光柵投影圖進行閾值分割，進而進行格雷編碼，由格雷編碼的結(jié)果劃分出準確的周期，從而將折疊相位圖展開，得到全場唯一的相位值；對于物體邊緣由于格雷碼缺失而未能進行展開的區(qū)域，利用將已展開相位圖與原折疊相位圖逐行進行遍歷比較相位補全方法，將沒有展開的相位重新進行相位展開，最終得到完整、準確的已展開的相位信息。
主要操作步驟為1.)設計7幅采用逐步二分的光柵投影圖案和4幅帶有90°相移的光柵相移圖；第1幅粗光柵圖片中有黑白2條條紋，第2幅粗光柵圖片對第1幅中的黑白條紋進行等分，得到4條黑白交替的條紋，依此類推，第n幅粗光柵圖片對第n-1幅粗光柵圖片中的條紋進行等分，得到2n條黑白交替條紋，上述細光柵為條紋寬度是最后一幅粗光柵圖片中條紋寬度的二分之一的光柵，其中后一幅細光柵圖片中條紋位置依次與上一幅細光柵圖片中條紋位置在同方向上偏移l/k距離，l為細光柵中的條紋寬度，k為細光柵圖片的總幅數(shù)，l/k值為0.4到0.6個像素寬度；第8幅圖繼續(xù)二分細化，然后分別對其向左相移90°得到4幅相移圖，將設計的這一組光柵圖案投影至物體上，然后由CCD攝回至計算機；2.)采用帶90°相移的4幅圖相移法，令4幅圖的相移各為α1＝0，α2＝π/2，α3＝π，α4＝3π/2；各圖可表示為Ii(x，y)＝I0(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+αi]}其中，Ii(x，y)為第i幅圖的灰度值，I0(x，y)為條紋圖的背景值，γ(x，y)為調(diào)制強度函數(shù)，(x，y)為待求相位場，假設4幅圖在同一光場中，背景灰度值相同，根據(jù)公式 得到折疊相位信息；
3.)將七幅逐步二分的條紋圖像進行黑白二值化處理，圖像中白色條紋區(qū)域的像素標記為“1”，黑色條紋區(qū)域的像素標記為“0”，這樣每經(jīng)過一次投影，圖像中的每一個像素就獲得一個二進制數(shù)“0”或“1”；待投影圖案全部投影完后，將像素所獲得的二進制數(shù)按順序組合起來，具有相同編碼的像素就構(gòu)成了一個窄的帶狀區(qū)域，這樣被測物空間就相應地被分割成眾多由二進制編碼唯一確定的窄帶狀區(qū)域，將劃分出來的窄帶狀區(qū)域自左至右依次編碼為0，1，2……；采用的光柵投影的數(shù)目使得最終劃分的區(qū)域數(shù)目為折疊相位圖周期數(shù)的兩倍，每兩個窄帶區(qū)域則對應于折疊相位圖中的一個周期；為使格雷碼編碼劃分的各個區(qū)域的對應于折疊相位圖的每個周期，將格雷編碼劃分區(qū)域的邊界找出并去除奇數(shù)條條紋，則剩余的每一條條紋恰好都處于第一幅相移圖的黑條紋的中心位置，在黑條紋的寬度范圍內(nèi)找出最黑點，即條紋中心點，根據(jù)第一幅相移圖找到的峰值條紋在相位圖的一定范圍內(nèi)遍歷，找到相位圖的最黑點，并編號為0，1，2……，即將相位圖的每個周期的邊界找出來；為確保最黑點找尋的正確性，再次遍歷全圖，在已找到的最黑點的左右各一定的小區(qū)域內(nèi)檢查是否找到的確為最黑點，若不是將原來找到的點去除；由此即得出了相位圖各個周期的準確編號，根據(jù)公式Φ(i，j)＝(i，j)+2kπ，k＝0，1，2……其中，(i，j)為折疊相位圖中某點的相位值，k表示該點在折疊相位圖位于第幾個周期，Φ(i，j)為該點展開后的絕對相位值，由此即可得出展開后全場相位唯一的相位圖；4.)將物體邊緣處因為格雷碼缺失而無法展開的相位值，采用補償算法補充完整，將不完整的相位展開圖與折疊相位圖進行比較，逐行遍歷，為避免物理間斷點對相位展開產(chǎn)生誤差，先從左至右遍歷，若折疊相位圖當前位置與左一位置的相位均存在，判斷當前位置是否有2π躍變，若有躍變則周期加一，根據(jù)當前位置的折疊相位值和計算出的周期，由公式Φ(i，j)＝(i，j)+2kπ得到展開相位；當遇到物理間斷點時自左向右的遍歷完畢，如此便補全了折疊相位圖中不連續(xù)部位左側(cè)的展開相位；與此類同，從右至左遍歷一遍，補全折疊相位圖中不連續(xù)部位右側(cè)的展開相位。
有益效果與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明主要用于在折疊相位圖具有局部間斷源，折疊相位圖產(chǎn)生非正常躍變間斷的情況下對其進行相位展開。如果條紋圖存在較大的噪聲，則會造成折疊相位圖產(chǎn)生非正常躍變的間斷，其相應像素稱為局部間斷源。此時如果再用行列逐點位相展開算法就會在局部間斷源處造成2π位相復原誤差。又由于行列位相展開算法的逐點運算性質(zhì)，就會導致這種局部誤差的傳播。另一方面，如果條紋圖本身固有地存在物理間斷區(qū)，則在相應像素處也會產(chǎn)生非正常躍變的局部間斷源。在此情況下使用行列位相復原算法同樣會在局部間斷區(qū)產(chǎn)生誤差并導致局部誤差的傳播。這兩類誤差傳播的結(jié)果都會在最終復原的連續(xù)相位分布圖中造成階梯式狀態(tài)，即“拉線”現(xiàn)象。從而無法獲得正確的條紋圖位相解碼，如圖4所示。
針對以上情況，我們設計了一種引入幾幅逐步二分的光柵投影圖案進行格雷編碼，從而確定相位所在的周期，由此進行相位展開的方法。此方法進行相位展開方法相對簡單，可以很好的區(qū)分出物理間斷處和噪聲，不依賴于路徑，不存在誤差傳播，能夠得到準確的周期。但是由于物體邊緣位置格雷碼有所缺失，導致相位缺失，使得展開的相位圖呈鋸齒狀，因此對這些部分采用相位跳變劃分的方法將缺失相位補全。由此便得到了準確、完整的相位展開圖(如圖8所示)，為最終獲取精確的三維信息奠定了基礎。


圖1是逆向工程通用流程圖。
圖2是光柵式三維掃描系統(tǒng)組成圖。
圖3是具有局部間斷源的折疊相位圖。
圖4是采用傳統(tǒng)相位展開時產(chǎn)生“拉線”現(xiàn)象的示意圖。
圖5是光柵投影圖案。
圖6是編碼結(jié)果圖。
圖7是基于格雷碼編碼展開的相位圖。
圖8是增加補償算法消除邊界鋸齒狀后的相位展開圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖示對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步描述。根據(jù)上述方法，在Windows操作系統(tǒng)中通過VC++6.0平臺用C++編程實現(xiàn)了相位展開的操作。該實例是對三維掃描系統(tǒng)中對左下角有部分反光區(qū)域的摩托車護板進行相位獲取、相位展開和相位補償，最終得到準確、完整的全場相位信息。
根據(jù)空間二進制編碼的要求設計逐步二分的投影光柵圖共七幅和帶90°相移的四幅光柵相移圖，將其投影至被測物體上，然后由CCD攝回至計算機，根據(jù)四幅相移圖，利用相移法，根據(jù) 可以得到相位值在-π～π范圍內(nèi)的折疊相位圖；對逐步二分的光柵投影圖進行閾值分割，進而進行格雷編碼，由格雷編碼的結(jié)果劃分出準確的周期，從而將折疊相位圖展開，得到全場唯一的相位值；對于物體邊緣由于格雷碼缺失而未能進行展開的區(qū)域，利用將已展開相位圖與原折疊相位圖逐行進行遍歷比較相位補全方法，將沒有展開的相位重新進行相位展開，最終得到完整、準確的已展開的相位信息。
主要包括以下步驟(1)設計7幅采用逐步二分的光柵投影圖案和4幅帶有90°相移的光柵相移圖。第1幅粗光柵圖片中有黑白2條條紋，第2幅粗光柵圖片對第1幅中的黑白條紋進行等分，得到4條黑白交替的條紋，依此類推，第n幅粗光柵圖片對第n-1幅粗光柵圖片中的條紋進行等分，得到2n條黑白交替條紋，上述細光柵為條紋寬度是最后一幅粗光柵圖片中條紋寬度的二分之一的光柵，其中后一幅細光柵圖片中條紋位置依次與上一幅細光柵圖片中條紋位置在同方向上偏移l/k距離，l為細光柵中的條紋寬度，k為細光柵圖片的總幅數(shù)，l/k值為0.4到0.6個像素寬度。第8幅圖繼續(xù)二分細化，然后分別對其向左相移90°得到4幅相移圖。將設計的這一組光柵圖案投影至物體上，然后由CCD攝回至計算機。投影光柵圖如圖5所示。
a)光柵設計我們在實際使用時設計了一組光柵條紋，總共11幅，其中粗條紋系列7幅，細條紋系列4幅。它們滿足技術方案中所提及的對光柵的要求。當然也可以設計和使用其他幅數(shù)的光柵條紋。
b)使用CCD攝像機拍攝圖像對于每一幅光柵圖，攝像機都對物體取圖一次。為了保證取圖的質(zhì)量，拍攝時盡量減少走動，不要在光線劇烈變化，環(huán)境光極強的情況下對物體進行拍攝。
(2)本發(fā)明中采用帶90°相移的4幅圖相移法，令4幅圖的相移各為α1＝0，α2＝π/2，α3＝π，α4＝3π/2。各圖可表示為Ii(x，y)＝I0(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+αi]}其中，Ii(x，y)為第i幅圖的灰度值，I0(x，y)為條紋圖的背景值，γ(x，y)為調(diào)制強度函數(shù)，(x，y)為待求相位場。假設4幅圖在同一光場中，背景灰度值相同，根據(jù)三角公式cosα-cosβ=-2sinα+β2sinα-β2]]>將Ii(x，y)代入下式得 對其取反正切函數(shù)，就可得到主值相位場(如圖3所示) (3)將7幅逐步二分的條紋圖像進行黑白二值化處理，圖像中白色條紋區(qū)域的像素標記為“1”，黑色條紋區(qū)域的像素標記為“0”，這樣每經(jīng)過一次投影，圖像中的每一個像素就獲得一個二進制數(shù)“0”或“1”。待投影圖案全部投影完后，將像素所獲得的二進制數(shù)按順序組合起來，具有相同編碼的像素就構(gòu)成了一個窄的帶狀區(qū)域，這樣被測物空間就相應地被分割成眾多由二進制編碼唯一確定的窄帶狀區(qū)域，將劃分出來的窄帶狀區(qū)域自左至右依次編碼為0，1，2……。采用的光柵投影的數(shù)目使得最終劃分的區(qū)域數(shù)目為折疊相位圖周期數(shù)的兩倍，每兩個窄帶區(qū)域則對應于折疊相位圖中的一個周期。為使格雷碼編碼劃分的各個區(qū)域的對應于折疊相位圖的每個周期，將圖6中去除奇數(shù)條條紋，則剩余的每一條條紋恰好都處于第一幅相移圖的黑條紋的中心位置。在黑條紋的寬度范圍內(nèi)找出最黑點，即條紋中心點。根據(jù)第一幅相移圖找到的峰值條紋在相位圖的一定范圍內(nèi)遍歷，找到相位圖的最黑點，并編號為0，1，2……，即將相位圖的每個周期的邊界找出來。為確保最黑點找尋的正確性，再次遍歷全圖，在已找到的最黑點的左右各一定的小區(qū)域內(nèi)檢查是否找到的確為最黑點，若不是將原來找到的點去除。由此即得出了相位圖各個周期的準確編號。由編碼結(jié)果即可得出相位圖各個周期的準確編號。根據(jù)公式Φ(i，j)＝(i，j)+2kπ，k＝0，1，2……其中，(i，j)為折疊相位圖中某點的相位值，k表示該點在折疊相位圖位于第幾個周期，Φ(i，j)為該點展開后的絕對相位值。由此即可得出展開后全場相位唯一的相位圖，如圖7所示。由圖7可見，采用該方法展開的相位圖不存在局部誤差傳播的現(xiàn)象，但是對于物體邊緣位置由于格雷碼的缺失，無法得到展開的相位值，使得邊緣處呈鋸齒狀。
(4)由于格雷碼的缺失造成了物體邊緣位置的相位不能展開，使得物體邊緣處的相位展開圖呈鋸齒狀。為了補全相位，將不完整的相位展開圖與折疊相位圖進行比較，逐行遍歷，，為避免物理間斷點對相位展開產(chǎn)生誤差，采用分別從左向右遍歷和從右向左遍歷補全相位的方法。先從左至右遍歷，若折疊相位圖當前位置與左一位置的相位均存在，判斷當前位置是否有2π躍變，若有躍變則周期加一，根據(jù)當前位置的折疊相位值和計算出的周期得到展開相位。當遇到物理間斷點時自左向右的遍歷完畢。如此便補全了折疊相位圖中不連續(xù)部位左側(cè)的展開相位。與此類同，從右至左遍歷一遍，補全折疊相位圖中不連續(xù)部位右側(cè)的展開相位。由于物體邊緣處缺失的格雷編碼所占的周期較少，一般僅缺少2～3個周期的邊界，所以采用以上方法，分別補全物理間斷處左側(cè)和右側(cè)的展開相位，既能滿足了消除鋸齒狀的要求，又不會造成誤差的傳播，效果較為理想，見圖8。
權(quán)利要求
1.一種三維掃描系統(tǒng)中基于格雷碼的相位展開方法，其特征在于根據(jù)空間二進制編碼的要求設計逐步二分的投影光柵圖共七幅和帶90°相移的四幅光柵相移圖，將其投影至被測物體上，然后由CCD攝回至計算機，根據(jù)四幅相移圖，利用相移法，根據(jù) 可以得到相位值在-π～π范圍內(nèi)的折疊相位圖；對逐步二分的光柵投影圖進行閾值分割，進而進行格雷編碼，由格雷編碼的結(jié)果劃分出準確的周期，從而將折疊相位圖展開，得到全場唯一的相位值；對于物體邊緣由于格雷碼缺失而未能進行展開的區(qū)域，利用將已展開相位圖與原折疊相位圖逐行進行遍歷比較相位補全方法，將沒有展開的相位重新進行相位展開，最終得到完整、準確的已展開的相位信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維掃描系統(tǒng)中基于格雷碼的相位展開方法，其特征在于該方法的主要操作步驟為1.)設計7幅采用逐步二分的光柵投影圖案和4幅帶有90°相移的光柵相移圖；第1幅粗光柵圖片中有黑白2條條紋，第2幅粗光柵圖片對第1幅中的黑白條紋進行等分，得到4條黑白交替的條紋，依此類推，第n幅粗光柵圖片對第n-1幅粗光柵圖片中的條紋進行等分，得到2n條黑白交替條紋，上述細光柵為條紋寬度是最后一幅粗光柵圖片中條紋寬度的二分之一的光柵，其中后一幅細光柵圖片中條紋位置依次與上一幅細光柵圖片中條紋位置在同方向上偏移l/k距離，l為細光柵中的條紋寬度，k為細光柵圖片的總幅數(shù)，l/k值為0.4到0.6個像素寬度；第8幅圖繼續(xù)二分細化，然后分別對其向左相移90°得到4幅相移圖，將設計的這一組光柵圖案投影至物體上，然后由CCD攝回至計算機；2.)采用帶90°相移的4幅圖相移法，令4幅圖的相移各為α1＝0，α2＝π/2，α3＝π，α4＝3π/2；各圖可表示為Ii(x，y)＝I0(x，y){1+γ(x，y)cos[(x，y)+αi]}其中，Ii(x，y)為第i幅圖的灰度值，I0(x，y)為條紋圖的背景值，γ(x，y)為調(diào)制強度函數(shù)，(x，y)為待求相位場，假設4幅圖在同一光場中，背景灰度值相同，根據(jù)公式 得到折疊相位信息；3.)將七幅逐步二分的條紋圖像進行黑白二值化處理，圖像中白色條紋區(qū)域的像素標記為“1”，黑色條紋區(qū)域的像素標記為“0”，這樣每經(jīng)過一次投影，圖像中的每一個像素就獲得一個二進制數(shù)“0”或“1”；待投影圖案全部投影完后，將像素所獲得的二進制數(shù)按順序組合起來，具有相同編碼的像素就構(gòu)成了一個窄的帶狀區(qū)域，這樣被測物空間就相應地被分割成眾多由二進制編碼唯一確定的窄帶狀區(qū)域，將劃分出來的窄帶狀區(qū)域自左至右依次編碼為0，1，2……；采用的光柵投影的數(shù)目使得最終劃分的區(qū)域數(shù)目為折疊相位圖周期數(shù)的兩倍，每兩個窄帶區(qū)域則對應于折疊相位圖中的一個周期；為使格雷碼編碼劃分的各個區(qū)域的對應于折疊相位圖的每個周期，將格雷編碼劃分區(qū)域的邊界找出并去除奇數(shù)條條紋，則剩余的每一條條紋恰好都處于第一幅相移圖的黑條紋的中心位置，在黑條紋的寬度范圍內(nèi)找出最黑點，即條紋中心點，根據(jù)第一幅相移圖找到的峰值條紋在相位圖的一定范圍內(nèi)遍歷，找到相位圖的最黑點，并編號為0，1，2……，即將相位圖的每個周期的邊界找出來；為確保最黑點找尋的正確性，再次遍歷全圖，在已找到的最黑點的左右各一定的小區(qū)域內(nèi)檢查是否找到的確為最黑點，若不是將原來找到的點去除；由此即得出了相位圖各個周期的準確編號，根據(jù)公式Φ(i，j)＝(i，j)+2kπ，k＝0，1，2……其中，(i，j)為折疊相位圖中某點的相位值，k表示該點在折疊相位圖位于第幾個周期，Φ(i，j)為該點展開后的絕對相位值，由此即可得出展開后全場相位唯一的相位圖；4.)將物體邊緣處因為格雷碼缺失而無法展開的相位值，采用補償算法補充完整，將不完整的相位展開圖與折疊相位圖進行比較，逐行遍歷，為避免物理間斷點對相位展開產(chǎn)生誤差，先從左至右遍歷，若折疊相位圖當前位置與左一位置的相位均存在，判斷當前位置是否有2π躍變，若有躍變則周期加一，根據(jù)當前位置的折疊相位值和計算出的周期，由公式Φ(i，j)＝(i，j)+2kπ得到展開相位；當遇到物理間斷點時自左向右的遍歷完畢，如此便補全了折疊相位圖中不連續(xù)部位左側(cè)的展開相位；與此類同，從右至左遍歷一遍，補全折疊相位圖中不連續(xù)部位右側(cè)的展開相位。
全文摘要
三維掃描系統(tǒng)中基于格雷碼的相位展開方法主要涉及到逆向工程中，用三維掃描系統(tǒng)根據(jù)格雷碼進行相位展開的方法，根據(jù)空間二進制編碼的要求設計逐步二分的投影光柵圖共七幅和帶90°相移的四幅光柵相移圖，將其投影至被測物體上，然后由CCD攝回至計算機，根據(jù)四幅相移圖，利用相移法，得到相位值在－π～π范圍內(nèi)的折疊相位圖；對逐步二分的光柵投影圖進行閾值分割，進而進行格雷編碼，由格雷編碼的結(jié)果劃分出準確的周期，從而將折疊相位圖展開，得到全場唯一的相位值；對于物體邊緣由于格雷碼缺失而未能進行展開的區(qū)域，利用將已展開相位圖與原折疊相位圖逐行進行遍歷比較相位補全方法，將沒有展開的相位重新進行相位展開。
文檔編號G01B11/25GK1928492SQ200610041558
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者達飛鵬, 李紅巖 申請人:東南大學