專利名稱：一種三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種三維輪廓的光學(xué)檢測(cè)方法，特別是一種三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)物體的三維測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防安全、醫(yī)學(xué)研究、生活?yuàn)蕵返缺姸囝I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，例如產(chǎn)品質(zhì)量的在線檢測(cè)、醫(yī)療修復(fù)手術(shù)、人臉識(shí)別、數(shù)字媒體等。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)物體快速精確的三維測(cè)量，通常采用多攝像機(jī)拍攝的立體視覺方法和條紋投影的結(jié)構(gòu)光方法。立體視覺技術(shù)由于存在立體匹配的不確定性使測(cè)量精度較低， 多個(gè)攝像機(jī)也增加的硬件成本。條紋投影方法目前主要采用灰度復(fù)合條紋和彩色條紋投影兩種途徑。灰度復(fù)合條紋投影法將幾種載頻條紋組合在灰度條紋中，傅立葉變換用以提取各載頻項(xiàng)的包裹相位，采用不同的去包裹算法將相位展開，該方法由于不同載頻之間的頻譜混疊限制了其測(cè)量范圍。彩色條紋投影增加了條紋信息，然而被測(cè)物體的顏色、投影儀和 CCD之間的顏色耦合嚴(yán)重影響測(cè)量精度。采用濾光片和彩色3-CCD可以從硬件角度消除顏色耦合，但采用濾光片極大地削弱了光強(qiáng)，選用彩色3-CCD增加了成本。數(shù)字投影儀用于彩色三步相移條紋投影，借助旋轉(zhuǎn)色輪快速切換三幀相移條紋圖，避免了彩色的顏色耦合問題，但是該方法主要有兩點(diǎn)不足一是受旋轉(zhuǎn)色輪切換速率的限制，難以測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)的物體；二是相位的展開在空域進(jìn)行，算法復(fù)雜、可靠性低。文獻(xiàn)(Zhou X, Zhao H, Zhang PF. Optical 3D shape measurement for dynamic obj ect using color fringe pattern proj ection and empirical mode decomposition. Europe Optical Metrology International Symposium, Proc of SPIE, Vol. 7389,Munich, Germany, 2009)提出了一種三頻彩色條紋投影的三維測(cè)量方法。該方法采用三種頻率的彩色正弦條紋投影到物體表面，并采用一維EMD方法進(jìn)行頻率分離，利用 Hilbert變換提取相位信息，最后采用變精度去包裹方法得到高頻條紋的展開相位。該方法作為解決動(dòng)態(tài)測(cè)量的一種思路是可取的，但真正測(cè)量動(dòng)態(tài)物體還是比較困難的，原因在于1)所述方法均采用一維信號(hào)處理技術(shù)，即把條紋看作是若干行信號(hào)的簡(jiǎn)單疊加 (見該文獻(xiàn)2. 2.2節(jié))。包括條紋投影方向、EMD分解方法、Hilbert變換均為一維方法。而待分析的變形條紋圖為二維圖像，一維處理方法忽略了局部像素各個(gè)方向上的關(guān)聯(lián)關(guān)系， 因此處理效果較差。比如在物體高度變換劇烈的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)較大誤差，且誤差沿處理方法擴(kuò)展(見該文獻(xiàn)圖7，人臉石像的邊緣及五官邊緣有較大的橫向擴(kuò)展誤差)。2)所述一維EMD顏色解耦算法(見該文獻(xiàn)2. 2. 2節(jié))只考慮了去除其他載頻分量的顏色串?dāng)_，而沒有考慮背景光強(qiáng)變化造成的頻譜混疊問題，導(dǎo)致相位求解精度下降。同時(shí)，一維EMD分解方法由于不能利用二維圖像灰度信息，使極值點(diǎn)的提取極易受到噪聲的干擾，導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差(見該文獻(xiàn)圖5，分離出的三個(gè)條紋分量在人臉石像的邊緣有明顯的拉線現(xiàn)象)。
3)所述的Hilbert變換數(shù)一維信號(hào)處理方法，不適用于二維變形條紋，同時(shí)條紋固有的高次諧波混疊導(dǎo)致相位結(jié)果中有明顯的波紋現(xiàn)象(見該文獻(xiàn)圖7(c))。因此，zhou等在文獻(xiàn)中提出的方法具有明顯的缺陷，也沒有給出動(dòng)態(tài)物體的測(cè)量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，該測(cè)量方法采用三頻彩色條紋投影技術(shù)和二維信號(hào)處理手段，形成基于單幀拍攝的全場(chǎng)三維測(cè)量技術(shù)，可以快速實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)物體的全場(chǎng)三維輪廓測(cè)量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的該種三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法為計(jì)算機(jī)生成彩色條紋圖，其RGB三個(gè)顏色通道分別由低、中、高三種載頻的正弦條紋生成，RGB三個(gè)顏色通道對(duì)應(yīng)的三個(gè)正弦條紋的載頻頻率高低排列順序是任意的，高、中及中、低載頻大小之比均大于2且小于10;將該彩色條紋圖經(jīng)數(shù)字投影儀的RGB三個(gè)彩色通道同時(shí)投影至被測(cè)物面，彩色CCD在另一角度拍攝變形彩色條紋圖，將變形彩色條紋圖中含高頻條紋的顏色通道與含中頻條紋的顏色通道相減以消減背景光強(qiáng)，得到高、低頻復(fù)合的條紋圖；繼而用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD進(jìn)行分解，分離高、中載頻分量；同理，將含中、低頻率分量的顏色通道相減，得到中、低頻復(fù)合的條紋圖，用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD分解得到中、低載頻分量；以二維短時(shí)傅立葉變換解調(diào)得到的高、中、低各載頻分量包裹相位，最后以變精度去包裹算法按低、中、高載頻分量依次完成包裹相位展開，得到高頻載頻項(xiàng)的展開相位，由此展開相位恢復(fù)物體高度。上述彩色條紋圖中的正弦條紋分布方向包括水平、豎直和傾斜三種。進(jìn)一步的，將上述變形條紋圖RGB三分量?jī)蓛上鄿p以消除背景光強(qiáng)分布，具體方法按照如下步驟進(jìn)行第一步，由M位彩色變形條紋圖RGB三通道得到三幅條紋圖；第二步，B、G條紋圖相減，得到復(fù)合頻率條紋圖，進(jìn)而用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD對(duì)其分解，得到BIMFl分量和BIMF2分量，分別對(duì)應(yīng)高頻和中頻分量；第三步，R、G條紋圖相減，得到復(fù)合頻率條紋圖，使用二維離散小波變換降噪，以去除其中殘留的高頻條紋分量，再用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD對(duì)其分解，得到BIMFl分量和 BIMF2分量，則分別對(duì)應(yīng)中頻和低頻分量；經(jīng)過上述步驟，使彩色條紋圖全局的高、中、低各載頻分量徹底分開，實(shí)現(xiàn)顏色解華禹。以上在實(shí)施二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD時(shí)，采用形態(tài)學(xué)方法找尋條紋圖極值點(diǎn)，采用二維自適應(yīng)移動(dòng)平均算法構(gòu)造上、下包絡(luò)曲面。具體如下首先定義條紋圖的脊線和谷線為極值點(diǎn)，接著采用如下迭代方法找尋脊線和谷線·1)對(duì)彩色條紋圖進(jìn)行二值化，采用細(xì)化方法找尋脊線，作為它們的初始值； 2)使用梯度法計(jì)算脊線法線方向，并沿法線方向找尋局部極值點(diǎn)，利用膨脹和細(xì)化算法連接這些極值點(diǎn)，作為新的脊線； 3)重復(fù)步驟1)至2)直到兩次脊線位置差值小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，由此得到極大值點(diǎn)分布圖；4)采用相反的二值化并重復(fù)上述步驟1)至3)得到谷線，即極小值點(diǎn)分布圖。進(jìn)一步構(gòu)造彩色條紋圖上、下包絡(luò)曲面，方法如下a)首先對(duì)極大值點(diǎn)分布圖采用歐式距離變換，將其分割為若干小區(qū)域；b)將每個(gè)小區(qū)域中的像素值用該小區(qū)域中的極大值點(diǎn)代替，形成粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面；c)對(duì)于小區(qū)域中的每個(gè)像素點(diǎn)，以該小區(qū)域內(nèi)最遠(yuǎn)兩像素點(diǎn)距離為該像素點(diǎn)的窗口半徑參數(shù)，則每個(gè)小區(qū)域的像素點(diǎn)都得到不用于其它小區(qū)域的窗口半徑參數(shù)；d)以此半徑參數(shù)對(duì)步驟b)中粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面進(jìn)行變窗口自適應(yīng)二維移動(dòng)平均，得到光滑的上包絡(luò)曲面；e)同理，對(duì)極小值圖采用上述步驟步驟a)至d)得到光滑的下包絡(luò)曲面。本發(fā)明具體具有以下幾點(diǎn)有益效果(1)本發(fā)明采用三頻彩色條紋投影技術(shù)，形成基于單幀拍攝的全場(chǎng)三維測(cè)量技術(shù)， 為紋理無特征、形狀不規(guī)則的動(dòng)態(tài)復(fù)雜物體三維測(cè)量提供了新方法。(2)本發(fā)明采用二維信號(hào)處理技術(shù)，提出基于二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD的頻率分離方法和二維傅里葉變換的相位解調(diào)方法，有效的解決了已有一維EMD方法的抗噪聲能力差和相位提取精度低的問題，從而實(shí)現(xiàn)了彩色變形條紋圖的無失真顏色解耦。(3)本發(fā)明提出了二維形態(tài)學(xué)BEMD，有效的解決了傳統(tǒng)BEMD在極值點(diǎn)提取時(shí)不穩(wěn)定的困難，提高了分解的可靠性。


圖1 (a)為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置圖；圖1(b)為光路原理圖；圖2為彩色變形條紋圖；圖3為變形條紋圖Red (a)、Green (b)、Blue(c)通道圖像及EMD分離的低(d)、中 (e)、高(f)載頻項(xiàng)；圖4為低(a)、中(b)、高(C)精度的包裹相位與低(d)、中(e)、高(f)精度的展開相位；圖5為人臉石膏像(a)以及用本發(fā)明方法如(b)、FTP如(c)、四步相移法如(d)恢復(fù)的相位分布；圖6為真人臉連續(xù)變化表情的三維測(cè)量，圖中為三頻彩色條紋；圖7為模擬載頻條紋圖，其中(a)為模擬條紋圖，(b)為模擬相位分布圖；圖8為形態(tài)學(xué)BEMD算法模擬其中(a)為二值化圖；(b)為脊線迭代尋找；(c)為歐式距離變換；(d)為粗糙上包絡(luò)曲面；(e)為窗口半徑分布；(f)為平滑上包絡(luò)曲面；(g) 為上下包絡(luò)面和均值曲面；圖9為本發(fā)明的基本原理框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法為使計(jì)算機(jī)生成彩色條紋圖，其RGB三個(gè)顏色通道分別由低、中、高三種載頻的正弦條紋生成，RGB三個(gè)顏色通道對(duì)應(yīng)的三個(gè)正弦條紋的載頻頻率高低排列順序是任意的，高、中及中、低載頻大小之比均大于2且小于 10 ；并且所述彩色條紋圖中的正弦條紋分布方向包括水平、豎直和傾斜三種。將該彩色條紋圖經(jīng)數(shù)字投影儀的RGB三個(gè)彩色通道同時(shí)投影至被測(cè)物面，彩色CCD在另一角度拍攝變形彩色條紋圖，將變形彩色條紋圖中含高頻條紋的顏色通道與含中頻條紋的顏色通道相減以消減背景光強(qiáng)，得到高、低頻復(fù)合的條紋圖。所述變形條紋圖RGB三分量?jī)蓛上鄿p以消除背景光強(qiáng)分布，具體方法按照如下步驟進(jìn)行第一步，由M位彩色變形條紋圖RGB三通道得到三幅條紋圖；第二步，B、G條紋圖相減，得到復(fù)合頻率條紋圖，進(jìn)而用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD對(duì)其分解，得到BIMFl分量和BIMF2分量，分別對(duì)應(yīng)高頻和中頻分量；第三步，R、G條紋圖相減，得到復(fù)合頻率條紋圖，使用二維離散小波變換降噪，以去除其中殘留的高頻條紋分量，再用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD對(duì)其分解，得到BIMFl分量和 BIMF2分量，則分別對(duì)應(yīng)中頻和低頻分量；經(jīng)過上述步驟，使彩色條紋圖全局的高、中、低各載頻分量徹底分開，實(shí)現(xiàn)顏色解華禹。經(jīng)過以上顏色解耦后，用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD進(jìn)行分解，分離高、中載頻分量； 在實(shí)施二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD時(shí)，采用形態(tài)學(xué)方法找尋條紋圖極值點(diǎn)，采用二維自適應(yīng)移動(dòng)平均算法構(gòu)造上、下包絡(luò)曲面。具體為如下首先定義條紋圖的脊線和谷線為極值點(diǎn)，接著采用如下迭代方法找尋脊線和谷線·1)對(duì)彩色條紋圖進(jìn)行二值化，采用細(xì)化方法找尋脊線，作為它們的初始值；2)使用梯度法計(jì)算脊線法線方向，并沿法線方向找尋局部極值點(diǎn)，利用膨脹和細(xì)化算法連接這些極值點(diǎn)，作為新的脊線；3)重復(fù)步驟1)至2)直到兩次脊線位置差值小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，由此得到極大值點(diǎn)分布圖；4)采用相反的二值化并重復(fù)上述步驟1)至3)得到谷線，即極小值點(diǎn)分布圖。進(jìn)一步構(gòu)造彩色條紋圖上、下包絡(luò)曲面，方法如下a)首先對(duì)極大值點(diǎn)分布圖采用歐式距離變換，將其分割為若干小區(qū)域；b)將每個(gè)小區(qū)域中的像素值用該小區(qū)域中的極大值點(diǎn)代替，形成粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面；c)對(duì)于小區(qū)域中的每個(gè)像素點(diǎn)，以該小區(qū)域內(nèi)最遠(yuǎn)兩像素點(diǎn)距離為該像素點(diǎn)的窗口半徑參數(shù)，則每個(gè)小區(qū)域的像素點(diǎn)都得到不用于其它小區(qū)域的窗口半徑參數(shù)；d)以此半徑參數(shù)對(duì)步驟b)中粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面進(jìn)行變窗口自適應(yīng)二維移動(dòng)平均，得到光滑的上包絡(luò)曲面；e)同理，對(duì)極小值圖采用上述步驟步驟a)至d)得到光滑的下包絡(luò)曲面。同理，將含中、低頻率分量的顏色通道相減，得到中、低頻復(fù)合的條紋圖，用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD分解得到中、低載頻分量；以二維短時(shí)傅立葉變換解調(diào)得到的高、中、低各載頻分量包裹相位，最后以變精度去包裹算法按低、中、高載頻分量依次完成包裹相位展開，得到高頻載頻項(xiàng)的展開相位，由此展開相位恢復(fù)物體高度。
以下結(jié)合附圖對(duì)以上本發(fā)明所述的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法做進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明采用圖1 (a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖1 (b)所示的是光軸交叉型光路結(jié)構(gòu)，y 軸垂直于紙面，投影儀和CXD光心的連線與參考平面平行，L為投影儀光心到參考平面的距離，d為投影儀光心與CXD光心之間的距離。用計(jì)算機(jī)生成式(1)所示的三頻正弦條紋，并將其分別調(diào)制在投影儀的R、G、B三個(gè)通道中，形成三頻彩色正弦條紋圖。
'R(^y)'ar'br cos(2;rfrx)=aS+bg cos(2;r/gx)， (1)B(x,y)_ab_K cos(2;r/6x)式中Iai, i = r, g，b}分別為三頻正弦條紋的均值；Ibi, i = r，g，b}為條紋對(duì)比度；{fi，i =r，g，b}為載頻頻率，并假定f;<fg<fb。投投影儀將三頻彩色正弦條紋圖投影到被測(cè)物表面，彩色CCD從另一角度拍攝被物體高度調(diào)制的彩色變形條紋圖，考慮商用投影儀和CCD的顏色耦合，彩色變形條紋圖的光強(qiáng)分布表示為
gMy)CrrCrgC:rr (χ, y). {ar + br cos[2^/rx + cpr (x, j)]}nr(x,y)=CggCgbrg (χ, y). {as + bg cos[2^x + cpg (x,+ng{x,y)Sb(^y) _CbrCbgCbb_ rb (X, y) · {ab + bb cos[2^/&x + % (x, j)]}式O)中ICij彡1，i，j = r，g，b}為R、G、B通道之間的耦合系數(shù)且ICij = 1，i =j}，ICij e
, i ^ j} ； Iri (x, y), i = r, g, b}分別為被測(cè)物體對(duì)紅、綠、藍(lán)三種顏色的反射率；Ini (x, y)，i = r，g，b}為高頻噪聲；^(x，>0,/ = r,孓δ}為物體高度調(diào)制相位分布。當(dāng)L>>h(x，y)時(shí)，它與高度有如
下關(guān)系
似力= _ 點(diǎn)[仍(W)—隊(duì)(W)]，⑶^ω(Χ,>0，〗 = 〃，孓M為參考面的相位分布?？梢娭灰_獲取了高頻載頻項(xiàng)的展開相位，就能恢復(fù)物體高精度的輪廓信息。三頻彩色條紋投影輪廓術(shù)的基本原理如圖9。背景消減及基于BEMD的顏色解耦和載頻分離BEMDBEMD自適應(yīng)地將信號(hào)中所含的二維基本模式分量(BIMF)按頻率從高到底的順序依次提取出來，BIMF滿足條件①極值點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或者至多不相差一個(gè)；②局部均值為零。 對(duì)于給定的信號(hào)f(x，y)，BEMD實(shí)現(xiàn)過程為(1)采用方法找f (X，y)的所有局部極值大點(diǎn)Mi, i = 1，2，...，和局部極小值點(diǎn)
Hii, i = 1, 2,…；(2)采用自適應(yīng)二維移動(dòng)平均算法得到局部極大值的上包絡(luò)曲面M (X，y)，局部極小值的下包絡(luò)曲面m(x，y)；(3)計(jì)算 f(x, y)的局部均值曲面 e (χ，y) = [M(x, y)+m(x, y)]/2 ；
(4)從 f (X，y)中減去 e (x, y) :h (χ, y) = χ (χ, y) _e (χ, y)；(5)重復(fù)步驟(1) (4)，直至h (t)為一個(gè)IMF,記作C1 (x, y)；(6)從 f (x, y)中減去 C1 (x, y)，得到剩余值序列巧(x, y) :Γι (χ, y) = χ (χ, y) -C1 (χ, y)；重復(fù)上面五步，依次可得第2、第3直至第η個(gè)IMF，當(dāng)滿足預(yù)定的停止準(zhǔn)則停止處理。在上述BEMD步驟中，采用形態(tài)學(xué)方法找尋條紋圖極值點(diǎn)，并利用二維自適應(yīng)移動(dòng)平均算法構(gòu)造上、下包絡(luò)曲面。具體為，首先定義條紋圖的脊線和谷線為極值點(diǎn)，接著采用如下迭代方法找尋脊線和谷線1)對(duì)條紋圖進(jìn)行二值化，采用細(xì)化方法找尋脊線，作為它們的初始值。2)使用梯度法計(jì)算脊線法線方向，并沿法線方向找尋局部極值點(diǎn)，利用膨脹和細(xì)化算法連接這些極值點(diǎn)，作為新的脊線。3)重復(fù)1) 2)步直到兩次脊線位置差值小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)。由此得到極大值點(diǎn)分布圖。對(duì)采用相反的二值化并重復(fù)上述步驟可得到谷線，即極小值點(diǎn)分布圖。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)造條紋圖上、下包絡(luò)曲面，方法如下1)首先對(duì)極大值圖采用歐式距離變換，將其分割為若干小區(qū)域。2)將每個(gè)小區(qū)域中的像素值用該區(qū)域中的極大值點(diǎn)代替，形成粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面。3)對(duì)于區(qū)域中的每個(gè)像素點(diǎn)，以該區(qū)域內(nèi)最遠(yuǎn)兩像素點(diǎn)距離為該像素點(diǎn)的窗口半徑參數(shù)，則每個(gè)區(qū)域的像素點(diǎn)都得到不用于其它區(qū)域的窗口半徑參數(shù)。4)以此半徑參數(shù)對(duì)2中粗糙包絡(luò)面進(jìn)行變窗口自適應(yīng)二維移動(dòng)平均，得到光滑的上包絡(luò)曲面。同理，對(duì)極小值圖采用上述步驟可得到光滑的下包絡(luò)曲面。背景消減及基于BEMD的顏色解耦和載頻分離在彩色條紋投影中，被測(cè)物表面的顏色嚴(yán)重影響測(cè)量精度，為此，通過標(biāo)定技術(shù)， 建立各顏色通道的光強(qiáng)分布查找表初步校正條紋均值和對(duì)比度。進(jìn)一步，根據(jù)方法精確的校正均值和對(duì)比度。對(duì)C⑶獲取的如式⑵所示的彩色變形條紋圖，令A(yù)(x，y) =Ti(Xjy) BiiBi(Xjy) =Ti (x,y)bi; (i =r，g，b)，并進(jìn)行以下處理:(1)校正條紋的均值和對(duì)比度；假設(shè)R、G、B通道條紋圖的均值分別為πν，mg, mb,以G通道條紋均值和對(duì)比度為基準(zhǔn)，先采用下式校正R、B通道條紋的均值
權(quán)利要求
1.一種三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，其特征在于，計(jì)算機(jī)生成彩色條紋圖，其RGB 三個(gè)顏色通道分別由低、中、高三種載頻的正弦條紋生成，RGB三個(gè)顏色通道對(duì)應(yīng)的三個(gè)正弦條紋的載頻高低排列順序是任意的，高、中及中、低載頻大小之比均大于2且小于10 ；將該彩色條紋圖經(jīng)數(shù)字投影儀的RGB三個(gè)彩色通道同時(shí)投影至被測(cè)物面，彩色CCD在另一角度拍攝變形彩色條紋圖，將變形彩色條紋圖中含高頻條紋的顏色通道與含中頻條紋的顏色通道相減以消減背景光強(qiáng)，得到高、低頻復(fù)合的條紋圖；繼而用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD進(jìn)行分解，分離高、中載頻分量；同理，將含中、低頻率分量的顏色通道相減，得到中、低頻復(fù)合的條紋圖，用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD分解得到中、低載頻分量；以二維短時(shí)傅立葉變換解調(diào)得到的高、中、低各載頻分量包裹相位，最后以變精度去包裹算法按低、中、高載頻分量依次完成包裹相位展開，得到高頻載頻項(xiàng)的展開相位，由此展開相位恢復(fù)物體高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，其特征在于，所述彩色條紋圖中的正弦條紋分布方向包括水平、豎直和任意傾斜三種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，其特征在于，將所述變形條紋圖RGB三分量?jī)蓛上鄿p以消除背景光強(qiáng)分布，具體方法按照如下步驟進(jìn)行第一步，由M位彩色變形條紋圖RGB三通道得到三幅條紋圖；第二步，B、G條紋圖相減，得到復(fù)合頻率條紋圖，進(jìn)而用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD對(duì)其分解，得到BIMFl分量和BIMF2分量，分別對(duì)應(yīng)高頻和中頻分量；第三步，R、G條紋圖相減，得到復(fù)合頻率條紋圖，使用二維離散小波變換降噪，以去除其中殘留的高頻條紋分量，再用二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD對(duì)其分解，得到BIMFl分量和BIMF2 分量，則分別對(duì)應(yīng)中頻和低頻分量；經(jīng)過上述步驟，使彩色條紋圖全局的高、中、低各載頻分量徹底分開，實(shí)現(xiàn)顏色解耦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，其特征在于，在實(shí)施二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釨EMD時(shí)，采用形態(tài)學(xué)方法找尋條紋圖極值點(diǎn)，采用二維自適應(yīng)移動(dòng)平均算法構(gòu)造上、下包絡(luò)曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，其特征在于，首先定義條紋圖的脊線和谷線為極值點(diǎn)，接著采用如下迭代方法找尋脊線和谷線1)對(duì)載頻條紋圖進(jìn)行二值化，采用細(xì)化方法找尋脊線，并作為初始位置；2)使用梯度法計(jì)算脊線法線方向，并沿法線方向找尋局部極值點(diǎn)，利用膨脹和細(xì)化算法連接這些極值點(diǎn)，作為新的脊線；3)重復(fù)步驟1)至2、直到兩次脊線位置差值小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，由此得到極大值點(diǎn)分布圖；4)采用相反的二值化并重復(fù)上述步驟1)至3)得到谷線，即極小值點(diǎn)分布圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法，其特征在于，進(jìn)一步構(gòu)造彩色條紋圖上、下包絡(luò)曲面，方法如下a)首先對(duì)極大值點(diǎn)分布圖采用歐式距離變換，將其分割為若干小區(qū)域；b)將每個(gè)小區(qū)域中的像素值用該小區(qū)域中的極大值點(diǎn)代替，形成粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面；c)對(duì)于小區(qū)域中的每個(gè)像素點(diǎn)，以該小區(qū)域內(nèi)最遠(yuǎn)兩像素點(diǎn)距離為該像素點(diǎn)的窗口半徑參數(shù)，則每個(gè)小區(qū)域的像素點(diǎn)都得到不用于其它小區(qū)域的窗口半徑參數(shù)；d)以此半徑參數(shù)對(duì)步驟b)中粗糙的條紋圖上包絡(luò)曲面進(jìn)行變窗口自適應(yīng)二維移動(dòng)平均，得到光滑的上包絡(luò)曲面；e)同理，對(duì)極小值圖采用上述步驟步驟a)至d)得到光滑的下包絡(luò)曲面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三頻彩色條紋投影三維測(cè)量方法使計(jì)算機(jī)生成彩色條紋圖，將該彩色條紋圖經(jīng)數(shù)字投影儀投影至被測(cè)物面，彩色CCD在另一角度拍攝變形彩色條紋圖，將含高頻條紋的顏色通道與含中頻條紋的顏色通道相減得到高、低頻復(fù)合的條紋圖；繼而進(jìn)行分解，分離高、中載頻分量；同理，將含中、低頻率分量的顏色通道相減，再進(jìn)行分解得到中、低載頻分量；以二維短時(shí)傅立葉變換解調(diào)得到的高、中、低各載頻分量包裹相位，按低、中、高載頻分量依次完成包裹相位展開，得到高頻載頻項(xiàng)的展開相位，由此展開相位恢復(fù)物體高度。該測(cè)量方法采用三頻彩色條紋投影技術(shù)，形成基于單幀拍攝的全場(chǎng)三維測(cè)量技術(shù)，可以快速實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)物體的全場(chǎng)三維輪廓測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102322822SQ20111022597
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者劉振軍, 劉銳, 周翔, 楊濤, 趙宏, 鄒海華 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)