專利名稱：基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正弦光柵的快速生成方法，具體是一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法。屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通過散焦快速地生成正弦光柵是實現(xiàn)三維實時光學(xué)測量的重要手段，散焦相當(dāng)于一個高斯低通濾波器，將輸入的二進制編碼圖像中的高次諧波部分濾除。通過散焦生成的正弦光柵的精度直接關(guān)系到解相精度和三維反求精度。Song Zhang等人提出的直接將方波散焦成正弦光柵等傳統(tǒng)方法(Yajun Wang andSong Zhang. Optimal pulse width modulation for sinusoidal fringe generation withprojector defocusing[J]. OPTICS LETTERS, 2010, 35(24) :4121-4123)存在著光柵生成精 度低，解相誤差大的特點，很難滿足非接觸精密測量的要求。相對于方波，基于區(qū)域化的三角波具有高次諧波振幅降低速度快、利于過濾的特點。但由于攝像機和投影儀的伽馬非線性，我們通過DLP (Digital Light Procession,即數(shù)字化處理)技術(shù)編程生成的三角波光柵在投影到被測物體上并被攝像機采集后，會存在系統(tǒng)誤差，對后期解相和相位展開帶來較大的計算誤差。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有散焦技術(shù)中存在的光柵生成精度較低和相位誤差較大的問題，本發(fā)明提出了一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法。技術(shù)方案本發(fā)明提出的一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法通過構(gòu)將相連像素(2x2)區(qū)域化，對區(qū)域內(nèi)的像素進行不同的二進制賦值，通過散焦生成高精度的三角波光柵，然后再對三角波光柵進行二次散焦得到滿足精度要求的正弦光柵，其實現(xiàn)方便、生成光柵準(zhǔn)確，適用于高精度非接觸的三維實時測量系統(tǒng)，從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法，其特征在于包括以下步驟步驟I :通過DLP編程技術(shù)生成基于區(qū)域的投影圖片(a)將初始圖片A劃分為若干個2像素*2像素的區(qū)域，其中所述初始圖片A寬度方向的像素數(shù)為16η，η為要生成的正弦光柵條紋的周期數(shù)，一個正弦光柵條紋周期內(nèi)有8個2像素*2像素區(qū)域；所述初始圖片A高度方向的像素數(shù)為2的倍數(shù)；(b)對圖片A中的每個2像素*2像素區(qū)域內(nèi)的四個像素點賦灰度值，所賦灰度值為O或255，得到投影圖片B ;取投影圖片B中每個2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值為該區(qū)域內(nèi)四個像素點灰度值的均值；投影圖片B中沿寬度方向連續(xù)8個2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值分布呈周期變化，其中在投影圖片B中存在8個連續(xù)2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值依次為0、63· 75,127. 5,191. 25、255、191· 25,127. 5,63. 75 ;投影圖片B中沿高度方向
連續(xù)2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值相同；步驟2 :將步驟I生成的投影圖片B投影到被測物體表面，保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，通過調(diào)整投影儀焦距，使投影到被測物體表面的影像聚焦；保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，再次調(diào)整投影儀焦距，將投影儀的焦距在聚焦焦距的基礎(chǔ)上變化Λ i，從而在被測物體表面得到三角波光柵圖像C ；步驟3 :保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，將投影儀的焦距在步驟2最后調(diào)定的焦距基礎(chǔ)上再次變化A2，從而在被測物體表面得到正弦光柵圖像D，其中A1與A2的符號相同。所述一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法，其特征在于A1為投影儀調(diào)焦范圍的10% 15%或-15% -10%，A2為投影儀調(diào)焦范圍的10%或-10%。
有益效果本發(fā)明提出的一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法通過構(gòu)將相連像素(2x2)區(qū)域化，對區(qū)域內(nèi)的像素進行不同的二進制賦值，通過散焦生成高精度的三角波光柵，然后再對三角波光柵進行二次散焦得到滿足精度要求的正弦光柵，其實現(xiàn)方便、生成光柵準(zhǔn)確，適用于高精度非接觸的三維實時測量系統(tǒng)，從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。實施例顯示經(jīng)過步驟(I)的2像素*2像素區(qū)域劃分賦值和步驟(2)的輕微散焦，有效地消除了直接生成三角波光柵時因為投影儀伽馬非線性問題所帶來的誤差，2像素*2像素區(qū)域經(jīng)過步驟(I)和步驟(2)后可被認(rèn)作是一個整體，生成了滿足要求的三角波光柵圖像；高精度的三角波光柵圖像通過步驟(3)的二次散焦，濾掉了其中的高次諧波，得到了令人滿意的正弦光柵圖像。


圖I是基于區(qū)域的投影圖片。圖2是將圖I輕微散焦后生成的三角波光柵。圖3是圖2 二次散焦后生成的正弦光柵。圖4是方波條紋。圖5是將圖4散焦后生成的正弦光柵。圖6是圖5的正弦光柵灰度質(zhì)量圖和頻譜圖。圖7是圖2三角波光柵的的灰度質(zhì)量圖。圖8是圖3的正弦光柵灰度質(zhì)量圖和頻譜圖。圖9是圖5和圖3的正弦光柵解相誤差圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明為了進行對比，本實施例中采用了兩種生成正弦光柵的方法，一種是傳統(tǒng)的由方波散焦生成正弦光柵，一種是本發(fā)明提出的基于區(qū)域散焦生成正弦光柵。由方波散焦生成正弦光柵如圖4所示，通過DLP編程生成方波條紋；將圖4所示的方波條紋投影到被測物體表面，并根據(jù)實際需求確定投射距離和投射畫面尺寸；保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，通過調(diào)整投影儀焦距，使投影儀投影到被測物體表面的影像聚焦；保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，再次調(diào)整投影儀焦距，將投影儀的焦距在聚焦焦距的基礎(chǔ)上變化為投影儀調(diào)焦范圍的10% 15%或-15% -10%，本實施例Λ :取10%，生成正弦光柵圖像，如圖5所示。對由方 波散焦生成的光柵圖像進行傅里葉變換的頻譜分析，得到圖6所示的由方波散焦而成的正弦光柵的灰度和頻率分布圖?；趨^(qū)域散焦生成正弦光柵步驟I :通過DLP編程技術(shù)生成基于區(qū)域的投影圖片(a)將初始圖片A劃分為若干個2像素*2像素的區(qū)域，其中所述初始圖片A寬度方向的像素數(shù)為16η，η為要生成的正弦光柵條紋的周期數(shù)，一個正弦光柵條紋周期內(nèi)有8個2像素*2像素區(qū)域；所述初始圖片A高度方向的像素數(shù)為2的倍數(shù)；本實施例中初始圖片A寬度方向的像素數(shù)為80，計劃要生成包含五個完整周期的正弦光柵條紋；(b)對圖片A中的每個2像素*2像素區(qū)域內(nèi)的四個像素點賦灰度值，所賦灰度值為O或255，得到投影圖片B ;取投影圖片B中每個2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值為該區(qū)域內(nèi)四個像素點灰度值的均值；投影圖片B中沿寬度方向連續(xù)8個2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值分布呈周期變化，其中在投影圖片B中存在8個連續(xù)2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值依次為0、63· 75,127. 5,191. 25,255,191. 25,127. 5,63. 75 ;投影圖片B中沿高度方向連續(xù)2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值相同；投影圖片B如圖I所示；步驟2 :將步驟I生成的投影圖片B投影到被測物體表面，根據(jù)實際需求確定投射距離和投射畫面尺寸；保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，通過調(diào)整投影儀焦距，使投影到被測物體表面的影像聚焦；保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，再次調(diào)整投影儀焦距，將投影儀的焦距在聚焦焦距的基礎(chǔ)上變化A1, A1為投影儀調(diào)焦范圍的10% 15%或-15% -10%，本實施例中取Λ I為10%，從而在被測物體表面得到三角波光柵圖像C ;三角波光柵圖像C如圖2所示；步驟3 :保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，將投影儀的焦距在步驟2最后調(diào)定的焦距基礎(chǔ)上再次變化Λ2，八2為投影儀調(diào)焦范圍的10%或-10%，本實施例中取A2為10%，從而在被測物體表面得到正弦光柵圖像D，正弦光柵圖像D如圖3所示。圖8給出了由區(qū)域散焦方法形成正弦光柵的灰度和頻率分布圖。對比圖6和圖8，基于區(qū)域散焦生成的正弦光柵圖像明顯具有精度高、噪音小的特點。將兩種方法生成的光柵圖像(圖5和圖3)分別按照等步相移法進行解相，得到相位誤差分布圖9，由圖可知，采用將方波直接散焦生成正弦光柵的傳統(tǒng)方法的相位誤差在正負O. 2rad的范圍之內(nèi)，采用本發(fā)明方法生成正弦光柵的相位誤差在正負O. 05rad的范圍之內(nèi)，誤差減小了四倍。
權(quán)利要求
1.一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I :通過DLP編程技術(shù)生成基于區(qū)域的投影圖片 (a)將初始圖片A劃分為若干個2像素*2像素的區(qū)域，其中所述初始圖片A寬度方向的像素數(shù)為16η，η為要生成的正弦光柵條紋的周期數(shù)，一個正弦光柵條紋周期內(nèi)有8個2像素*2像素區(qū)域；所述初始圖片A高度方向的像素數(shù)為2的倍數(shù)； (b)對圖片A中的每個2像素*2像素區(qū)域內(nèi)的四個像素點賦灰度值，所賦灰度值為O或255，得到投影圖片B ;取投影圖片B中每個2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值為該區(qū)域內(nèi)四個像素點灰度值的均值；投影圖片B中沿寬度方向連續(xù)8個2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值分布呈周期變化，其中在投影圖片B中存在8個連續(xù)2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值依次為 0、63· 75,127. 5,191. 25,255,191. 25,127. 5,63. 75 ;投影圖片 B 中沿高度方向連續(xù) 2像素*2像素區(qū)域的區(qū)域灰度值相同； 步驟2 :將步驟I生成的投影圖片B投影到被測物體表面，保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，通過調(diào)整投影儀焦距，使投影到被測物體表面的影像聚焦；保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，再次調(diào)整投影儀焦距，將投影儀的焦距在聚焦焦距的基礎(chǔ)上變化Λ i，從而在被測物體表面得到三角波光柵圖像C ； 步驟3 :保持投影儀與被測物體表面的投射距離不變，保持投影儀的投射畫面尺寸不變，將投影儀的焦距在步驟2最后調(diào)定的焦距基礎(chǔ)上再次變化A2，從而在被測物體表面得到正弦光柵圖像D，其中A1與A2的符號相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法，其特征在于=A1為投影儀調(diào)焦范圍的10% 15%或-15% -10%，A2為投影儀調(diào)焦范圍的10%或-10%。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種基于區(qū)域散焦的正弦光柵生成方法，通過構(gòu)將相連像素2x2區(qū)域化，對區(qū)域內(nèi)的像素進行不同的二進制賦值，通過散焦生成高精度的三角波光柵，然后再對三角波光柵進行二次散焦得到滿足精度要求的正弦光柵，其實現(xiàn)方便、生成光柵準(zhǔn)確，適用于高精度非接觸的三維實時測量系統(tǒng)，從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。經(jīng)過2像素*2像素區(qū)域劃分賦值和輕微散焦，有效地消除了直接生成三角波光柵時因為投影儀伽馬非線性問題所帶來的誤差，2像素*2像素區(qū)域經(jīng)過步驟1和步驟2后可被認(rèn)作是一個整體，生成了滿足要求的三角波光柵圖像；高精度的三角波光柵圖像通過步驟3的二次散焦，濾掉了其中的高次諧波，得到了令人滿意的正弦光柵圖像。
文檔編號G01B11/00GK102798344SQ20121031102
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者常智勇, 孫惠斌, 李春磊, 盧津, 樊迪, 張棟梁 申請人:西北工業(yè)大學(xué)