利用相位融合算法修復飽和產(chǎn)生的相位誤差的方法
【專利摘要】本發(fā)明為利用相位融合算法修復飽和產(chǎn)生的相位誤差的方法，涉及三維測量領域中如何修復飽和引起的相位誤差。調(diào)節(jié)相機使像素點均不飽和，投影機投射純色灰度圖案到物體表面，并使用相機記錄掃描后的圖像；當相機發(fā)生上溢時，投影機投射多組結構光圖案掃描物體，相鄰兩組圖案的最大灰度值（幅值）增加，相機記錄掃描后的圖像；計算掃描后的結構光圖像的調(diào)制強度及相位；結合捕獲的純色圖像歸一化調(diào)制強度；選取每個像素點的最大歸一化調(diào)制強度，并將其對應的相位作為最終相位。本發(fā)明通過選擇最大的歸一化調(diào)制強度對應的相位進行融合，不受飽和程度的限制，當測量系統(tǒng)存在非線性時，也能有效修復飽和誤差，擴大修復飽和誤差的適用范圍。
【專利說明】利用相位融合算法修復飽和產(chǎn)生的相位誤差的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學三維數(shù)據(jù)處理【技術領域】，具體涉及使用相位融合算法修復飽和產(chǎn) 生的相位誤差。

【背景技術】
[0002] 相位測量輪廓術是一種主動式、非接觸式的三維測量技術。它具有高速度、高精 度等優(yōu)點。該技術被廣泛地用于產(chǎn)品檢測、生物識別以及三維建模等領域。該技術的測 量系統(tǒng)是由一臺普通計算機、投影機和照相機組成。該技術通過投影機投射一組正弦光 柵到被測物體表面，照相機同步地抓取圖像數(shù)據(jù)，然后處理抓取的數(shù)據(jù)得到物體的三維形 貌。但是，當獲取的圖像中部分像素點的強度值超出照相機的最大量化值，照相機將超出 最大量化值的強度量化為其本身的最大量化值。這導致圖片中部分像素點的強度值不準 確，即光強度飽和。該效應在三維重建過程中對相位的計算有一定影響，降低了相位的精 確度。文獻(李艷，胡而已.投影條紋相移法中圖像飽和誤差抑制算法研究[J].光子學 報，2010, 39 (6) : 1137?1142)提出了飽和系數(shù)這一概念，以此來描述照相機抓取的光柵圖 像中像素點飽和程度，同時也提出了一種相位修復算法，該算法僅使用未飽和像素點的強 度值來計算相位。但是當圖像中像素點的飽和程度超出飽和系數(shù)時，這種方法則無法修復 飽和引起的相位誤差；當不同的幀圖像中的像素點發(fā)生飽和時，這種方法修復相位的公式 也不相同。并且當測量系統(tǒng)存在非線性畸變時，這種方法也不能修復飽和誤差。應用本發(fā) 明提及的相位融合算法修復飽和引起的相位誤差，不僅能獲得準確的相位值，而且本發(fā)明 的方法不受飽和系數(shù)的影響，即無論像素點的飽和程度是否超出飽和系數(shù)，本發(fā)明的方法 均能修復。另外，當測量系統(tǒng)存在非線性畸變時，本發(fā)明的方法也能有效地修復飽和誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對光強度飽和引起的相位誤差問題，提出一種相位融合算法修 復該相位誤差。這種方法歸一化像素點對應的調(diào)制強度，然后查找各個像素點的最大的歸 一化調(diào)制強度，并將各個像素點最大的歸一化調(diào)制強度對應的相位融合。
[0004] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了以下技術方案： 首先通過投影機投射多組結構光圖案到被測物體表面，該結構光圖案相鄰兩組的最大 灰度值（振幅）依次增加。其次根據(jù)相位測量輪廓術公式計算照相機捕獲的各組圖像的調(diào) 制強度以及相位；然后對計算得到的調(diào)制強度進行歸一化；最后查找各個像素點對應的最 大的歸一化調(diào)制強度，并將各個像素點最大的歸一化調(diào)制強度對應的相位融合。
[0005] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點： 本發(fā)明采用相位融合算法修復飽和產(chǎn)生的相位誤差，是將各個像素點最大的歸一化調(diào) 制強度對應的相位融合。本發(fā)明的方法不需要預先逐一判斷每個像素點的飽和情況，不僅 能獲得準確的相位值，而且不受飽和系數(shù)的影響，即無論像素點的飽和程度是否超出飽和 系數(shù)，本發(fā)明的方法均能修復。另外，當測量系統(tǒng)存在非線性畸變時，本發(fā)明的方法也能有 效地修復飽和誤差，擴大了修復飽和誤差的適用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明相位融合算法修復飽和誤差的流程圖。
[0007] 圖2是本發(fā)明的實驗三維重建前視圖和側視圖。圖（a)是使用傳統(tǒng)的相位測量輪 廓術得到的三維重建前視圖和側視圖；圖（b)是使用本發(fā)明的方法得到的三維重建前視圖 和側視圖。

【具體實施方式】
[0008] 下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0009] 為了使發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本 發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0010] 附圖1是本發(fā)明相位融合算法修復飽和誤差的流程圖。采用的設備有一臺CASIO XJ-A155V型投影機、Prosilica GC650C型照相機以及一臺普通計算機組成。其中，投影機 的分辨率是800 X 600,照相機的分辨率是640 X 480。
[0011] 附圖2是測量系統(tǒng)存在非線性畸變時，被掃面物體墻面的三維重建前視圖和側視 圖。為了減小噪聲對本實驗的影響，本實施例中求取25組數(shù)據(jù)的平均值。圖中顏色的深淺 表示墻表面的凹凸程度。圖2(a)是使用傳統(tǒng)的相位測量輪廓術得到的三維重建前視圖和 側視圖，從圖中可以看出，墻表面顏色較深區(qū)域由于光強度飽和導致凹凸程度較大，圖2(b) 是使用本發(fā)明中的方法修復后得到的三維重建前視圖和側視圖。該區(qū)域顏色較淺，凹凸程 度明顯減小。圖2(b)中仍有凹凸的原因是：實驗測量系統(tǒng)中存在非線性畸變，該因素也會 引起重建墻面的凹凸變化。
[0012] 本實例具體實施步驟如下： 1.搭建三維測量系統(tǒng)，使照相機能夠捕捉到標靶的全貌，其次，調(diào)節(jié)投影機的焦距以及 照相機的光圈、曝光時間等參數(shù)，最后校準三維測量系統(tǒng)獲得照相機和投影機的參數(shù)矩陣。
[0013] 2.利用公式（1)生成需要投射的最大灰度值增大的多組正弦圖案，以及使用公 式（2)生成純色灰度圖片Γ。

【權利要求】
1. 一種利用相位融合算法修復光強度飽和引起的相位誤差的方法，其特征在于以下步 驟：首先通過投影機將最大灰度值遞增的多組結構光圖案投射到物體表面，照相機同時捕 捉對應圖像，其次根據(jù)相位測量輪廓術公式計算出各組圖像對應的調(diào)制強度及相位，然后 分別歸一化各組調(diào)制強度，并融合各個像素點的最大的歸一化調(diào)制強度所對應的相位。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的投射一系列最大灰度值遞增的結構 光圖案，是指從第一組到最后一組結構光圖案的最大灰度值（振幅）依次遞增。
3. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的歸一化各組調(diào)制強度，是指首先根 據(jù)相位測量輪廓術公式計算出各組數(shù)據(jù)的調(diào)制強度以及相位，且不需要預先判斷每一個像 素點的飽和程度。當測量系統(tǒng)不存在非線性畸變時，歸一化處理調(diào)制強度是指將已經(jīng)計算 得到的各組調(diào)制強度除以各組對應的最大灰度值；當測量系統(tǒng)存在非線性畸變時，歸一化 處理調(diào)制強度是指將已經(jīng)計算得到的各組調(diào)制強度除以最大灰度值經(jīng)過非線性畸變后的 值。
4. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的將對應的相位進行融合，是指首先 從多組歸一化后的調(diào)制強度中，查找各個像素點的最大的歸一化調(diào)制強度，并將各個像素 點的最大歸一化調(diào)制強度對應的相位作為每一個像素點的最終相位。
【文檔編號】G01B11/25GK104111038SQ201410317007
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權日:2014年7月7日
【發(fā)明者】劉凱, 李娜 申請人:四川大學