1.一种外差式三频不等步相移解相位方法，利用数字投影仪、摄像机、PC机组成的测量平台实现条纹的投影照明和条纹图的数据采集和处理，其特征在于，包括下列步骤：(1)投影三个不同频率共8幅条纹图，并采集条纹图像，其中采用中间频率f2投射四步相移条纹，频率f1和f3投射二步相移条纹；

(2)采用不等步相移解相原理求解频率f1、f2、f3对应的包裹相位

(3)分别对求得的包裹相位值进行等值线正余弦滤波；

(4)采用外差原理求出频率f2变形条纹图像的真实相位Φ2；

(5)利用双目相位立体匹配方法计算物体三维表面点云数据。

2.根据权利要求1所述的外差式三频不等步相移解相位方法，其特征在于，步骤(2)中，在光栅投影三维测量中，投射余弦编码条纹到被测物体表面，编码条纹被物体表面信息调制形成变形条纹，假设投影光强满足标准余弦分布，则变形条纹图像的光强分布函数为：I(x,y)为摄像机拍摄的变形条纹图像光强，a(x,y)为背景光的强度，b(x,y)为调制振幅，f为条纹频率， 为待求解的相位函数；式中含有三个未知量，因此要解得同一个待测点的相位值至少要获取三个光强函数值；

三频率外差不等步相移解相位的方法是对三种不同频率条纹采用不同步数相移算法求解得到各自频率的包裹相位值；三个频率分别记为f1、f2和f3；

频率f2采用标准四步相移条纹，将余弦光栅移动4次，每次移动步长α＝π/2，这样可以采集到的4幅图像来求得物体的相位值，在这里设In(x,y)代表第n幅图像光强，则：利用这四幅变形条纹图像求得相位为：

假设相机和投影仪有相当大的景深，同时被测物表面反射是线性的，则在4幅图像中同一位置像素点(i,j)处的平均光强度系数a(x,y)是个常数；

a(x,y)＝(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))/4 (4)频率f1和f3都采用二步相移方法，相移步长α＝3π/2，这样可以各采集到正弦和余弦两幅条纹图，光强函数分别为利用式(4)求得a(x,y)，代入式(9)和式(10)可求频率f1和f3变形条纹图像的包裹相位值 和其中In(x,y)代表第n幅图像光强，a(x,y)是平均光强度系数，arctan为求解反正切函数。

3.根据权利要求1所述的外差式三频不等步相移解相位方法，其特征在于，步骤(3)中，直接使用传统滤波方法对实际包裹相位图进行滤波，去除噪声的同时会损失相位周期跳变信息；由于正、余弦图像的灰度值是连续变化的，对正、余弦图像滤波不会损害原图像的周期跳变信息部分，本算法提出采用正余弦滤波方法对光栅投影三维测量过程中的包裹相位图进行滤波，先计算相位图的正、余弦结果图，然后再将这两幅图像根据条纹方向信息在等值线窗口内进行中值滤波，去除噪声，最后将经过滤波后的正、余弦图像做除法运算，得到相位图；

等值线是与条纹当前走向局部平行的线，法向曲线是与条纹当前走向局部垂直的线，如附图3所示；为确定条纹等值线和法向曲线先求取条纹方向；

设图像上某一点的坐标为Pi(xi,yi)，此点的条纹方向为θi，由条纹方向图的定义可知，方向图的方向值θ是条纹等值线的切线方向；在当前点的邻域内可以近似用切线代替条纹等值线，因此，由该点根据条纹方向图可以得到等值线上该点的两个相邻点Pi+1(xi+1,yi+1)和Pi-1(xi-1,yi-1)：同理，继续向两边扩展，可分别得到Pi+2(xi+2,yi+2)和Pi-2(xi-2,yi-2)等；由此可以得到一条过当前点Pi(xi,yi)且沿条纹方向的曲线，即为条纹等值线，曲线上各点的相位值与点Pi(xi,yi)的相位值相等，即在条纹的等值线上条纹的相位保持不变；

对于条纹图来说，沿着条纹切线方向的图像灰度差异最小，而垂直于条纹切线方向的图像灰度差异最大；所以可以计算每一点沿着各个方向的灰度差异，取得最小值时对应的方向即为条纹方向；梯度法是一种常用的求取条纹方向的方法；

由于数字图像只在整像素上取值，而由上述方法得到的点(xi,yi)并不一定是整数点；

为减少条纹方向图只取整数像素点上的值所引起的误差，可以取与所得非整数点(xi,yi)相邻的四个整像素点的条纹方向值的线性插值作为该点的条纹方向值，以减小离散误差。

4.根据权利要求1所述的外差式三频不等步相移解相位方法，其特征在于，步骤(4)中，外差原理是将两种不同频率f1、f2条纹对应的相位函数 和 经过差频叠加得到一种新的等效频率为f12的相位函数θ12(x)，不同频率f1、f2和f12条纹对应的波长分别为λ1、λ2和λ12；

等效波长λ12经过计算可表示为：

利用外差原理将包裹在区间[-π,π]内的相位图像展开，得到全场范围内连续的相位图像；假设不同频率对应的波长分别为λ1、λ2和λ3值，则由λ1和λ2计算得到等效波长λ12，λ2和λ3计算得到等效波长λ23，λ12和λ23计算得到等效波长λ123；为了实现全场范围内连续的真实相位图像，等效波长λ123应该大于等于投影仪投射的行像素数W(投影仪投射竖条纹)，即λ123≥W；

不同频率条纹包裹相位展开的计算公式为：

式中，Φi为真实相位值，Ni为条纹整数级数， 为λ1对应的相位函数；

对于待测物体形面上同一点不同条纹波长λa和λb(a分别等于1,2,12；对应的b分别等于2,3,23)，差频叠加得到等效波长λab的相位函数θab(x)，测得的条纹相位值满足：代入式(13)，即可求得频率f2变形条纹图像的真实相位Φ2为：

φ2＝(φ2-12+φ2-23)/2 (18)

式中Round为取整函数，θ123(x,y)为等效波长λ123对应的相位，Φ2-12为利用等效波长λ12及它的相位θ12(x,y)得到的频率f2变形条纹图像的真实相位，Φ2-23为利用等效波长λ23及它的相位θ23(x,y)得到的频率f2变形条纹图像的真实相位；为减小误差，真实相位Φ2为Φ2-12和Φ2-23的平均值。

5.根据权利要求1所述的外差式三频不等步相移解相位方法，其特征在于，步骤(5)中，基于相位的立体匹配是根据空间同一点在左右摄像机像平面上，像点的局部相位等条件和极线约束条件进行立体视觉匹配，找出物体上任意一点对应于左右摄像机图像的像点坐标对；然后根据空间点对应于两台摄像机图像的像点点对和摄像机系统的标定结果，利用空间点、像点和摄像机光心在一条直线上的原理，通过空间直线求交点的方法，求解空间点的三维坐标，最终可得到三维点云。