欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 202111474974X
申请人: 重庆邮电大学
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:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种投影光栅相移生成动态三维测量方法,包括采集原始正弦光栅信号作为测量参考;向被测物体投影原始正弦光栅信号导致原始正弦光栅信号发生畸变,对发生畸变的正弦光栅信号进行单帧高速瞬态采样;其特征在于,单帧高速瞬态采样的畸变正弦光栅通过相移光栅生成方法生成相移光栅序列;利用相移算法和相位解包裹算法,对相移光栅序列进行高精度相位求解和相位解包裹,得到采样瞬间物体的三维形貌;对物体进行360°匀速旋转动态扫描,获取不同扫描角度下物体的三维形貌信息;通过三维图像拼接方法对得到的三维形貌信息进行图像拼接,即可获得被测物体360°全景动态三维重构信息;

所述相移光栅生成方法包括以下步骤:

S1、对单帧高速瞬态采样得到的畸变正弦光栅信号进行傅里叶变换分析,通过频谱滤波提取畸变正弦光栅的正、负频旁瓣信号;

S2、对畸变正弦光栅正、负频旁瓣信号的相位谱进行相移变换,得到变换相位谱;

分别提取正、负频旁瓣信号的幅值与相位信息,表示如下:+

ρ(u,v)=amplitude[C(u‑fx,v‑fy)],‑ *

ρ(u,v)=amplitude[C(u+fx,v+fy)],+ ‑

式中,amplitude[·]代表幅值提取函数,angle[·]代表相位提取函数,ρ(u,v)和ρ(u,v)分别表示正、负频旁瓣信号幅值, 和 分别表示正、负频旁瓣信号的傅*里叶相位;C(u‑fx,v‑fy)为正频旁瓣信号,C(u+fx,v+fy)为负频旁瓣信号;

分别对傅里叶相位 和 做相移处理,表示如下:式中,i表示相移序列编号,n表示总体相移步数;

S3、结合正、负频旁瓣信号幅值谱与变换相位谱进行傅里叶逆变换分析,得到傅里叶逆变换信号;

S4、对傅里叶逆变换信号进行归一化处理,生成相移光栅图像。

2.根据权利要求1所述的一种投影光栅相移生成动态三维测量方法,其特征在于,畸变正弦光栅信号表示如下:I(x,y)=a(x,y)+b(x,y)cos[2πfxx+2πfyy+φ(x,y)]式中,(x,y)表示采样的畸变正弦光栅图像的像素坐标,I(x,y)代表畸变正弦光栅信号强度,a(x,y)代表背景光强,b(x,y)代表畸变正弦光栅调制度,fx代表原始正弦光栅在x轴方向上的频率,fy代表原始正弦光栅在y轴方向上的频率,φ(x,y)则代表畸变正弦光栅图像中与被测物体表面形貌相关的初始相位。

3.根据权利要求2所述的一种投影光栅相移生成动态三维测量方法,其特征在于,对畸变正弦光栅信号进行傅里叶变换,提取其正、负频旁瓣信号,表示如下:*

F(u,v)=A(u,v)+C(u‑fx,v‑fy)+C(u+fx,v+fy)式中,F(u,v)为I(x,y)的傅里叶变换,A(u,v)为a(x,y)的傅里叶变换,C(u,v)对应* *的傅里叶变换,C (u,v)对应c (x,y)的傅里叶变换,c(x,* *

y)与c(x,y)互为共轭,C(u‑fx,v‑fy)为正频旁瓣信号,C(u+fx,v+fy)为负频旁瓣信号。

4.根据权利要求1所述的一种投影光栅相移生成动态三维测量方法,其特征在于,正、+ ‑负频旁瓣信号幅值ρ(u,v)、ρ(u,v)和相移后的傅里叶相位 进行傅里叶逆变换分析,得到傅里叶逆变换信号,表示如下:‑ 1

式中 ,F [·] 表 示 傅里 叶 逆 变 换 函 数 ,*表 示 矩 阵 点 乘 运 算 ,表示相移后的初始相位,b(x,y)代表畸变正弦光栅调制度,fx和fy分别代表畸变正弦光栅在x方向与y方向的频率。

5.根据权利要求4所述的一种投影光栅相移生成动态三维测量方法,其特征在于,对傅里叶逆变换信号ci(x,y)进行归一化处理,得到相移光栅图像,表示如下:式中,fi(x,y)代表生成的相移光栅图像,real[·]代表实部提取函数。

6.根据权利要求1所述的一种投影光栅相移生成动态三维测量方法,其特征在于,通过相移算法和相位解包裹算法对生成的相移图像序列进行计算,提取与物体表面形貌相关的初始相位信息。

7.一种投影光栅相移生成动态三维测量系统,其特征在于,包括DLP投影仪、一维转动平台、成像镜头、CMOS相机、计算机;投影仪在计算机控制下向一维旋转平台投影一定频率的正弦光栅,经物体表面形貌调制以后,畸变的正弦光栅将被反射并经由物镜成像至CMOS相机;相机高速采集正弦光栅图像,并传输至计算机进行相移图像生成以及动态3D重建;

投影光栅相移生成动态三维测量系统包括数据校准模块、相移生成模块、数据处理模块:数据校准模块,用于对投影仪、相机之间的光栅图像映射关系进行参数校准,以确保投影图像与采集图像之间正确的映射关系;

相移生成模块,用于根据单帧瞬态采样图像生成相移图像序列;

其中,相移生成模块的具体过程为:

S1、对单帧高速瞬态采样得到的畸变正弦光栅信号进行傅里叶变换分析,通过频谱滤波提取畸变正弦光栅的正、负频旁瓣信号;

S2、对畸变正弦光栅正、负频旁瓣信号的相位谱进行相移变换,得到变换相位谱;

分别提取正、负频旁瓣信号的幅值与相位信息,表示如下:+

ρ(u,v)=amplitude[C(u‑fx,v‑fy)],‑ *

ρ(u,v)=amplitude[C(u+fx,v+fy)],+ ‑

式中,amplitude[·]代表幅值提取函数,angle[·]代表相位提取函数,ρ(u,v)和ρ(u,v)分别表示正、负频旁瓣信号幅值, 和 分别表示正、负频旁瓣信号的傅*里叶相位;C(u‑fx,v‑fy)为正频旁瓣信号,C(u+fx,v+fy)为负频旁瓣信号;

分别对傅里叶相位 和 做相移处理,表示如下:式中,i表示相移序列编号,n表示总体相移步数;

S3、结合正、负频旁瓣信号幅值谱与变换相位谱进行傅里叶逆变换分析,得到傅里叶逆变换信号;

S4、对傅里叶逆变换信号进行归一化处理,生成相移图像序列;

数据处理模块,分为相移算法、高度信息重构和图像拼接单元:相移算法单元,用于根据生成相移光栅序列提取单帧瞬态采样图像的相位信息,并对其进行相位解包裹,获取初始相位信息;

高度信息重构单元,用于将初始相位信息转换为实际高度信息;

图像拼接单元,用于提取不同图像采样时刻物体表面形貌的特征点信息,并对其进行

3D点云数据拼接,以动态获取360°全场景3D数据,实现高效率3D动态扫描。

8.根据权利要求7所述的一种投影光栅相移生成动态三维测量系统,其特征在于,所述数据校准模块、相移生成模块、相移算法单元、高度信息重构单元和图像拼接单元均内嵌相关的图像变换与数据处理程序:相移生成模块内嵌有傅里叶变换的程序;

相移算法单元内嵌有相移算法和2π相位解包裹的程序;

高度信息重构单元内嵌有高度信息计算程序;

图像拼接单元内嵌有3D点云数据拼接程序。