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专利号: 2020112653682
申请人: 齐鲁工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光栅投影三维测量方法,其特征在于,包括以下步骤:采集两幅经待测物体调制的变形光栅图,两幅变形光栅图之间具有一定相移值;

基于两幅变形光栅图的光强度,利用广义相移算法获得主值相位;

基于主值相位获得待测物体三维形貌。

2.根据权利要求1所述的光栅投影三维测量方法,其特征在于,基于两幅变形光栅图的光强度,利用广义相移算法获得主值相位,具体包括:

1)两幅变形光栅图的光强度表达式为:

其中,Iu(x,y)表示坐标(x,y)像素点的光强度值,u=1、2,a(x,y)表示背景强度,b(x,y)为调制系数,f0为光栅频率, 表示经待测物体表面面形调制的相位分布,α为两幅变形光栅图之间的相移值;

2)根据公式(1)和(2),推算出背景强度a(x,y)和相位 的表达式,以下将a(x,y)简写为a, 简写为 b(x,y)简写为b,I1(x,y)简写为I1,I2(x,y)简写为I2:

3)将公式(2)改写为:

其中,c=b cosα,d=b sinα;

4)根据公式(1)、(3)、(4)和(5),利用最小二乘法计算出c和d,最小二乘法计算式为:其中,M表示像素行数,N表示像素列数,求和号∑表示对变形光栅图中所有像素求和;

5)计算相移值α=tan-1(d/c);

6)计算调制系数

7)将所计算相移值α和调制系数b代入公式(2),计算出主值相位

3.根据权利要求1或2所述的光栅投影三维测量方法,其特征在于,两幅变形光栅图之间的相移值为0-2π之间的任意值。

4.根据权利要求3所述的光栅投影三维测量方法,其特征在于,采集两幅经待测物体调制的变形光栅图,具体包括:利用数字投影仪将正弦光栅投射到待测物体表面,利用摄像机拍摄经物体表面调制后的第一幅变形光栅图;

在垂直于光栅线的方向对光栅进行移动,使之产生相位变化,记录移动后的第二幅变形光栅图。

5.根据权利要求1、2或4所述的光栅投影三维测量方法,其特征在于,基于主值相位获得待测物体三维形貌,具体包括:利用解包裹法对主值相位解包裹,获得绝对相位;

对三维测量系统进行标定,根据绝对相位与高度关系,得到物体三维形貌。

6.根据权利要求5所述的光栅投影三维测量方法,其特征在于,利用解包裹法对主值相位解包裹,获得绝对相位,具体包括:

1)寻求真实相位的偏导数和包裹相位差的差分的值最小,即其中,(i,j)为离散像素坐标,φ表示物体真实相位,Δ表示对主值相位差取包裹,Δ的上标分别表示x和y方向;

2)基于公式(6)对φi,j求导数,令其为0,整理得

3)将主值相位 与其绝对相位φi,j之间的关系 带入上式(7)得其中,k=0,±1,±2......;

4)将上式(8)中有半部分记为bi,j,则上式变为

2ki,j-ki-1,j-ki,j-1=bi,j (9)

5)将上式(9)进行迭代运算,最终迭代计算出ki,j,运算形式为其中,n为迭代次数;

6)将最终迭代计算出的ki,j带入主值相位 与其绝对相位φi,j之间的关系可得物体的绝对相位。

7.一种光栅投影三维测量装置,其特征在于,包括,变形光栅图采集模块:采集两幅经待测物体调制的变形光栅图,两幅变形光栅图之间具有一定相移值;

主值相位计算模块:基于两幅变形光栅图的光强度,利用广义相移算法获得主值相位;

三维形貌获得模块:基于主值相位获得待测物体三维形貌。

8.根据权利要求7所述的光栅投影三维测量装置,其特征在于,主值相位计算模块基于两幅变形光栅图的光强度,利用广义相移算法获得主值相位,具体为:

1)两幅变形光栅图的光强度表达式为:

其中,Iu(x,y)表示坐标(x,y)像素点的光强度值,u=1、2,a(x,y)表示背景强度,b(x,y)为调制系数,f0为光栅频率, 表示经待测物体表面面形调制的相位分布,α为两幅变形光栅图之间的相移值;

2)根据公式(1)和(2),推算出a(x,y)和 的表达式,以下将a(x,y)简写为a,简写为 b(x,y)简写为b,I1(x,y)简写为I1,I2(x,y)简写为I2:

3)将公式(2)表达式改写为:

其中,c=b cosα,d=b sinα;

4)根据公式(3)、(4)和(5),利用最小二乘法计算出c和d,最小二乘法计算式为:其中,M表示像素行数,N表示像素列数,求和号∑表示对变形光栅图中所有像素求和;

-1

5)计算相移值α=tan (d/c);

6)计算调制系数

7)将所计算相移值α和调制系数b代入公式(2),计算出主值相位

9.根据权利要求7或8所述的光栅投影三维测量装置,其特征在于,相移值为0-2π之间的任意值。