基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法，由二進制條紋編碼原理、離焦投影系統(tǒng)、條紋反射三維測量原理三大關(guān)鍵部分組成。本發(fā)明的優(yōu)點是：（1）本方法利用LED顯示器投影二進制條紋,由于只有0和255兩個灰度級，LED是采用半導體發(fā)光二極管的方式發(fā)光，因此LED顯示器的投影速度有很大提高，極大地提高三維測量速度；(2)由于采用二進制條紋離焦的方法，LED顯示器與參考平面之間的距離可以增大，因此LED顯示器的測量范圍要大于傳統(tǒng)的LCD顯示器的測量范圍。（3）采用了二進制條紋離焦的方法，在被測物表面形成正弦條紋，這樣CCD聚焦在被測物體上，就可以拍到清晰的被物體高度調(diào)制的變形條紋像。提高了測量精度。
【專利說明】基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種類鏡面三維測量方法，具體涉及基于二進制條紋離焦的條紋反射 三維測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 條紋反射三維測量方法在測量類鏡面物體時由于非接觸、全場測量、測量速度快 和易于信息處理等優(yōu)點，在三維測量中有重要意義。三維測量實驗裝置如圖1所示，包括 LED顯示器1、C⑶相機2、計算機3、工作站4、參考平面5和待測物體6 ;LED顯示器1將帶 有特征信息的條紋投射到參考平面5,由CCD相機2采集條紋信息，經(jīng)過工作站4處理后得 到參考相位。然后將待測物體6放在相同位置，經(jīng)過工作站4得到相應的變形條紋像，計算 出相位，減去參考相位即得到由待測物面畸變引起的相位變化。按照特定算法進行三維重 建。
[0003] 國內(nèi)外針對類鏡面物體表面形貌的高速三維測量在理論和應用上做了一系列研 究，通常類鏡面物體的三維測量方法有干涉法和條紋反射三維測量方法。但干涉法通常需 要復雜而昂貴的光學器件，一般只能測量范圍較小的類鏡面物體，且不能實現(xiàn)動態(tài)類鏡面 物體的三維測量。在工程中，特別是在現(xiàn)代制造業(yè)中，存在大量類鏡面物體需要測量。例如， 汽車工業(yè)中的噴涂后的車身表面、拋光模具表面，建筑陶瓷行業(yè)中的瓷磚表面等均具有類 鏡面反射性質(zhì)，因此條紋反射術(shù)在測量工業(yè)類鏡面物體三維形貌中具有重要的應用前景。 但利用條紋反射術(shù)在測量類鏡面三維表面形貌時，LCD顯示器投的是正弦條紋。CCD相機記 錄的是條紋虛像，為實現(xiàn)對待測物體表面的精確測量，實驗中CCD相機直接調(diào)焦在待測物 體表面，這時條紋像因離焦而變模糊，工作站在處理CCD采集到的條紋圖像時容易出現(xiàn)錯 誤，影響了相位測量精度。
[0004] 本發(fā)明提出了一種基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法。本方法利用 LED顯示器投影的二進制條紋只有0和255兩個灰度級，而LED顯示器本身是利用控制半導 體發(fā)光二極管的來顯示的，這樣可以極大地提高顯示器的投影速度，從而提高測量速度。本 發(fā)明采用二進制條紋離焦投影方法，LED顯示器與參考平面之間的距離可以增大，因此LED 顯示器的測量范圍要大于傳統(tǒng)的LCD顯示器的測量范圍。采用了二進制條紋離焦的方法， 在被測物表面形成正弦條紋，這樣CCD聚焦在被測物體上，就可以拍到清晰的被物體高度 調(diào)制的變形條紋像，提高了測量精度。而以往方法CCD聚焦在被測物體上時，由于顯示器投 射的正弦條紋的像處于離焦狀態(tài)，這樣拍到的被物體高度調(diào)制的變形條紋像較模糊，從而 降低了測量精度。
[0005] 隨著工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，實現(xiàn)對類鏡面物體表面形貌高速、高精度的三 維測量方法越來越受到廣大研究者的重視。三維測量方法是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之 一，是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù)，它為產(chǎn)品制造提供必需的三維數(shù)據(jù)。本 發(fā)明提出的基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法在類鏡面物體高速、高精度工業(yè) 化生產(chǎn)中的三維測量將發(fā)揮重要作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提出一種基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法，該方法 較傳統(tǒng)的正弦條紋投影的三維測量方法，在測量速度和精度上都有明顯提高。
[0007] 本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法，其特征 是：由二進制條紋編碼原理、離焦投影系統(tǒng)、條紋反射測量原理三大關(guān)鍵部分組成； 所述二進制條紋編碼原理，通過編碼，投影灰度值為〇和255兩個灰度值的條紋； 所述離焦投影系統(tǒng)，通過對二進制條紋進行傅里葉分析：

【權(quán)利要求】
1.基于二進制條紋離焦的條紋反射三維測量方法，其特征是：由二進制條紋編碼原 理、離焦投影系統(tǒng)、條紋反射測量原理三大關(guān)鍵部分組成； 所述二進制條紋編碼原理，通過編碼，投影灰度值為O和255兩個灰度值的條紋； 所述離焦投影系統(tǒng)，通過對二進制條紋進行傅里葉分析：
可知二進制條紋中含有高次諧波，通過對它進行適度離焦，可將高次諧波濾除，得到標 準的正弦條紋；通過適當調(diào)整LED顯示器與待測物體的距離來實現(xiàn)離焦得到正弦條紋； 所述條紋反射三維測量原理，利用LED顯示器投射二進制條紋，然后通過適當離焦得 到正弦條紋；根據(jù)遠心光路模型，光線偏折示意圖如圖2所示；對于C點，待測物體表面相 對于標準面偏轉(zhuǎn)了角度，反射光線則偏轉(zhuǎn)了 為待測物體表面面形函數(shù)在C7點 的法向量在平面X02上投影偏離z軸的角度；即CCD上一條光線丸，對于標準面，其在LED顯示器上的對應于O點；而對于待測物體表面，其對應點則為P點，那么被測物體的相 位偏移ffx,V)可以表示為：
通過四步相移實驗，測得P點在水平方向和垂直方向上得到兩個方向的相位偏移，據(jù) (2)式就可以得到待測物體表面的梯度分布，然后通過波前重建法恢復待測面形。
【文檔編號】G01B11/25GK104457614SQ201410627969
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】伏燕軍, 張建成, 吳海濤, 李彪 申請人:南昌航空大學