三编码周期灰度梯形相移结构光三维信息获取方法

摘要

本发明提供了一种的三编码周期灰度梯形相移结构光三维信息获取方法。本发明方法通过选择三个不同的编码周期，在保留相位编码方法对投影角连续划分的优点同时，对相位编码法的测量范围拓展了第三个编码周期倍，对同一个编码周期，投射三幅移动1/3周期的编码图案，可以提高抗干扰能力，同时减少了环境光照和被测物表面反射系数不一致对三维信息获取结果的影响。本发明提高相移编码结构光测量范围，减小测量误差，提高测量精度，克服被测物表面反射率不一致和环境光对测量影响。

主权项

一种三编码周期灰度梯形相移结构光三维信息获取方法，其特征在于它通过以下的步骤实现：(1) 选择编码周期，制作编码图案：根据投射源及测量范围确定三个不同的编码周期；编码图案是由投射源投射到被测物体表面的主动信息，是由在编码图案上，按X和Y方向顺序排列的编码点的灰度级构成；根据投射源与条纹图像获取装的几何位置确定编码方向，在另一个方向上是编码方向上编码点灰度级的重复；编码周期是指编码点完成一次灰度梯形编码的全部编码点的总数；在一个周期内灰度等级从最低灰度级保持一定数量的编码点，然后线性变化到最高灰度级，保持一定数量的编码点，再线性变化到最低灰度级；在灰度级‑编码点坐标系上形成梯形的变化；选择三个不同的编码周期，在保留相位编码方法对投影角连续划分的优点同时，对相位编码法的测量范围拓展了第三个编码周期倍；三个编码周期对应的对称灰度线性编码周期是任意两个周期都为互质的，此处互质是指两个编码周期的最大公约数为1；选择三种周期中较小的对称灰度线性编码，这样减少了在同一幅值范围内灰度分布的点数，在同等情况下，与大周期的灰度编码相比，灰度分布的减少更加明显，出现误差的可能性大为降低；为了提高编码图像的解码时抗干扰能力和测量精度，对于一个编码周期，制作三幅沿着编码方向依次仅移动1/3周期的编码图案，总计9幅编码图案；(2) 将某一个编码周期中的一幅编码图案经由投射源投影到被测物体表面，平面的编码图案受到被测物体表面三维信息的调制，产生变形，通过条纹图像获取装置，获取包含有被测物体及变形编码图案的条纹图像；将其他2幅根据同一个编码周期，但沿编码方向依次移动1/3周期的编码图案经由投射源投射到被测物体表面，获取条纹图像；再将其他2个编码周期的共计6幅编码图案依次投射到被测物体表面，获取不同编码图案经由被测物体表面改变的6幅条纹图像；(3) 对同一个编码周期的3幅条纹图像同一个采样点的灰度数据进行处理，计算得到采样点在此编码周期内对应于编码图案的相对编码点，得到采样点在该周期内的余数方程；对同一编码周期的3幅条纹图像进行灰度计算，确定采样点在该编码周期下编码图案中对应相对编码点r(m，n)，求解公式如式(2)所示；（2）；根据编码周期Ti、相对编码点ri(m，n)，构造余数ai，建立相对编码点ri(m，n)，在编码周期Ti内的余数方程ri(m，n)≡ai(mod Ti)；条纹图像采样点，在不同编码周期的编码图案照射条件下，求解对应编码周期内余数方程的相对编码点值；针对同一采样点在其余2个不同编码周期的其余6幅条纹图像进行相同处理，总计得到3个余数方程，联立得到采样点对应绝对编码点的同余方程，采用大衍求一术确定同余方程的乘率，进而得到该同余方程的解，即采样点对应的绝对编码点，建立关于采样点在3个编码周期编码图案照射条件下的投射源对应的绝对编码点x和3个编码周期的同余方程组：x(m，n)≡ai(mod Ti)；计算得到采样点对应于编码图案上的绝对编码点x(m，n)：根据大衍求一术确定同余方程组的乘率Ki，利用公式(3)进而得到该同余方程组的解；确定采样点在编码图案中对应的绝对编码点x(m，n)后，进而获得采样点对应的投影角度；（3）；(4) 在确定采样点的对应的投影角度后，还需根据投射源与条纹图像获取装置的几何关系，预先标定的投射源投影光学系统的投射范围角度、条纹图像获取装置的照相光学系统的投影光学系统与照相光学系统之间的实际距离和三角原理；确定采样点的三维信息。