基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機器視覺技術領域，尤其涉及基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌 測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 三維形貌測量技術已逐步成為信息技術發展的重要方向。由于具有較高的測量精 度，基于條紋投影的三維形貌測量技術在工業檢測、機器人視覺、醫療、安保、文物保護等方 面已經取得了廣泛應用。
[0003] 基于條紋投影的三維形貌測量技術基本原理是將由計算機產生的正弦條紋信號 投影到待測量物體和參考平面表面，然后用照相機拍攝變形的條紋圖像和參考條紋圖像， 通過對條紋圖像進行分析處理得到被測量物體的三維形貌數據。
[0004] 然而，現有的條紋投影測量方法大多只適用單角度投影，但單角度投影產生的物 體表面陰影區域無法獲得測量結果，影響到測量結果的可靠性。

【發明內容】

[0005] 鑒于此，本發明實施例提供一種基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量方法 及裝置，以通過雙角度的條紋投影，提高測量結果的可靠性。
[0006] 第一方面，本發明實施例提供了一種基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量 方法，應用于包括兩臺投影儀、一臺照相機以及一臺計算機的系統，其中所述照相機的光軸 垂直于參考平面，兩臺投影儀的光軸與所述照相機的光軸處于同一平面且在所述照相機的 左右兩側與所述照相機的光軸呈相同夾角，所述方法包括：
[0007] 通過所述計算機控制所述兩臺投影儀分別從不同角度投影相同頻率的條紋到被 測物體的表面上；
[0008] 通過所述照相機拍攝所述兩臺投影儀投影的條紋圖像；
[0009] 根據拍攝的所述條紋圖像計算出各個角度條紋的相位圖函數；
[0010]通過空間相位展開方法對各個角度條紋的所述相位圖函數進行相位展開；
[0011] 根據相位展開的結果進行數據融合，獲得被測物體的三維形貌數據。
[0012] 第二方面，一種基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量裝置，應用于包括兩 臺投影儀、一臺照相機以及一臺計算機的系統，其中所述照相機的光軸垂直于參考平面，兩 臺投影儀的光軸與所述照相機的光軸處于同一平面且在所述照相機的左右兩側與所述照 相機的光軸呈相同夾角，所述裝置包括：
[0013] 投影單元，用于通過所述計算機控制所述兩臺投影儀分別從不同角度投影相同頻 率的條紋到被測物體的表面上；
[0014] 拍攝單元，用于通過所述照相機拍攝所述兩臺投影儀投影的條紋圖像；
[0015] 計算單元，用于根據拍攝的所述條紋圖像計算出各個角度條紋的相位圖函數；
[0016] 處理單元，用于通過空間相位展開方法對各個角度條紋的所述相位圖函數進行相 位展開；
[0017] 三維形貌數據獲取單元，用于根據相位展開的結果進行數據融合，獲得被測物體 的三維形貌數據。
[0018] 本發明實施例與現有技術相比存在的有益效果是:本發明實施例采用雙角度條紋 投影的方式，能夠有效避免投影區域的死角，提高測量結果的可靠性。而且，對兩個角度的 測量數據進行融合，可消除單角度測量帶來的陰影區域并提高測量結果的信噪比，具有較 強的易用性和實用性。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些 實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些 附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1是現有技術提供的投影條紋測量的示意圖；
[0021] 圖2是本發明實施例提供的基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量方法的實 現流程示意圖；
[0022] 圖3是本發明實施例提供的雙角度單頻率條紋投影測量的示意圖；
[0023] 圖4是本發明實施例提供的基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量裝置的組 成結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統結構、技術之類的具 體細節，以便透切理解本發明實施例。然而，本領域的技術人員應當清楚，在沒有這些具體 細節的其它實施例中也可以實現本發明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統、裝置、電 路以及方法的詳細說明，以免不必要的細節妨礙本發明的描述。
[0025] 為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0026] 請參閱圖1，圖1是現有技術提供的投影條紋測量的示意圖，其中包括一臺投影儀， 一臺照相機，當沒有被測物體存在時，由投影儀產生的一路數字光在C點被參考平面反射到 照相機。而當參考平面被撤走時，相同的一路數字光在Η點經D點被反射到照相機。即對同一 路數字光，由于被測物體的存在，其在照相機中拍攝到的空間位置是有差異的，參考條紋的 結果r(x)=bo+bi cos(23TfQx+i]))(其中bo表示背景光的強度，bi表示投影條紋信號的強度，X 表示橫坐標自變量，fo表示投影信號的空間頻率，Φ表示初始相位)是由C點直接反射而來， 而變形條紋的結果d(x)=bo+b icos(23TfQx+i])+(i) (χ))(其中φ (X)表示基頻成分變形條紋相 對于參考條紋的相移)是由Η點反射而來。因此照相機兩次拍攝得到參考條紋和變形條紋之 間的絕對相位差，與C點和D點之間的絕對相位差等價。故對于D點來說，參考條紋和變形條 紋中第k階諧波的絕對相位差△ ΦΚ?)可表示如下：
[0027] ΔΦ, (D) = (I) "' (D)-<!>' (!.)) = 2π iJ'D (1)
[0028] 其中扭表示C點和D點之間的空間位移差。從圖1可知，do表示照相機出瞳到投影 儀出瞳的距離，Ιο表示參考平面到照相機出瞳的距離，當設備固定時dQ、lQ也是固定的。因此 C點和D點之間的距離取決于C點到參考平面的距離h(x)(即M)，即若斤確定，則h(x)也 可以確定。
[0029]根據三角形EPHEC與CHD相似，可以得到：
[0030] -^- = -^-- (2)
[0031] 將⑵代入(3)，得到：
[0032] = -；"ΑΦ|(Χ)- (3) L J ΔΦ1(Λ·)-2Λ·/〇?/?
[0033] 從該表達式可以看出，若獲得了 △ ΦΚχ)，則物體表面的高度數據就可以得到。基 于該理由，投影條紋形貌測量的關鍵是從r(x)和d(x)中恢復準確的△ ΦΚχ)。由于投影的 條紋通常有多個周期，恢復的過程一般分為兩個步驟:第一步是應用相位移動等條紋分析 技術分別得到參考條紋和變形條紋的相位圖，相位圖取值的范圍是(_\4,該過程稱為投 影條紋分析;第二步是應用相位展開技術，把Φ; W和 <⑴恢復出來;第三步是通過參考平 面絕對相位和變形條紋絕對相位相減得到Α Φ^χ)，進而得到被測物體的表面三維數據。
[0034] 然而，由于現有技術僅從一個角度投影條紋，將會不可避免地在被測量物體表面 產生陰影區域，導致所述陰影區域的三維表面數據信息無法提取，影響測量結果的可靠性。
[0035] 基于此，本發明實施例提供了基于雙角度單頻率條紋投影的三維形貌測量方法的 實現流程(如圖2所示），該方法可適用于包括兩臺投影儀、一臺照相機以及一臺計算機的系 統，其中所述照相機的光軸垂直于參考平面，兩臺投影儀的光軸與所述照相機的光軸處于 同一平面且在所述照相機的左右兩側與所述照相機的光軸呈相同夾角，優選的是，所述夾 角小于30度，兩個角度投影圖像的區域可重合。該方法主要包括以下步驟：
[0036] 步驟S201，通過所述計算機控制所述兩臺投影儀分別從不同角度投影相同頻率的 條紋到被測物體的表面上。
[0037] 圖3為本發明實施例提供的雙角度單頻率條紋投影測量的示意圖，所述系統包括 兩臺投影儀，一臺CCD照相機，一臺計算機（圖3未示出）。所述照相機光軸垂直于參考平面， 兩臺的投影儀光軸與照相機光軸處于同一平面且在左邊和右邊與照相機光軸呈相同夾角， 兩個角度投影圖像的區域完全重合。
[0038] 所述兩臺投影儀投影光軸和照相機光軸對稱，以保證兩個角度投影的條紋圖像位 置完全對應，照相機的照相區域可按照投影面積進行調節。
[0039]在步驟S202中，通過所述照相機拍攝所述兩臺投影儀投影的條紋圖像。
[0040] 本發明實