一種減少相位測量輪廓術中多路徑效應影響的方法
2023-06-14 00:35:21 2
一種減少相位測量輪廓術中多路徑效應影響的方法
【專利摘要】本發明涉及如何減小在使用相位測量輪廓術進行三維測量時多路徑效應引起的相位誤差。使用傳統相位測量輪廓術（Phasemeasuringprofilometry,PMP)系統即可，用傳統PMP算法得到亮度調製參數，對其進行差異計算後得到差異分布情況，從差異分布情況中確定受多路徑效應影響嚴重的部分，然後根據其他部分的相位值估算受影響嚴重部分的相位值，最後使用校正後的相位值計算三維數據。本發明在傳統PMP算法中進行了改進，避免了引入外來模型可能導致的不確定性誤差和額外影響，並且方法直接有效，能全面的減小各方向的相位誤差，提高了三維測量的準確度。
【專利說明】一種減少相位測量輪廓術中多路徑效應影響的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學三維測量【技術領域】，特別是採用相位測量輪廓術的三維測量。 技術背景
[0002] 本發明涉及一種實時光學三維測量方法，即相位測量輪廓術（phase measuring profilometry，PMP)，它是廣泛應用於各領域三維測量的方法，具有測量速度快，測量精度 高的特點。相位測量輪廓術屬於光學投影式三維輪廓術，通過投影位置、圖像捕捉位置與測 量物體位置構成的三角關係確定被測物的三維深度信息。其測量系統主要由投影機、照相 機和計算機處理單元構成。系統通過投影機投射若干正弦編碼的光柵圖到被測物體表面， 同時照相機捕捉被測物體表面由物體形狀引起變形的正弦光柵圖形，然後計算機處理單元 對所得數字光學信息進行運算從而得到被測物體表面的三維深度信息。
[0003] 照相機的多路徑效應是指，照相機中的電荷稱合元件（Charge-coupled Device, CCD)可以實現將光信號轉換為電信號，而照相機的數字成像過程可看做是一個積分的過 程，同時由於CCD元件上的各單元尺寸並不可能與每個光子一樣，所以在這個數字積分 成像的過程中，各像素點的光強信息就必然包含其周圍其他像素點的光強信息，從而導 致最終計算得到的測量結果存在誤差，影響測量精度。Xiang Zhou等人在論文"Effect of the modulation transfer function of a digital image-acquisition device on phase-measuring profilometry [J], APPLIED OPTICS, 1994，33 (35) : 8210-8215 "中將 照相機的多路徑效應通過調製傳遞函數（Modulation Transfer Function, MTF)進行了描 述，並給出了新的相位測量方法和相位誤差公式。文獻"許曉暢，王永昌，劉凱.多路徑模 型對相位測量輪廓術的影響[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2014, 26(4) "提出多路 徑效應這一概念，初步研究了多路徑效應的出現情況和產生原因，採用了一種3X3的平滑 掩膜代入傳統PMP方法的表達式以模擬多路徑效應對獲取的光信號的影響，然後使用了一 種相位融合的方法進行相位誤差修正。其方法的不足主要表現在：（1)沒有確切的實驗證 明平滑掩膜能夠真實還原多路徑效應帶來的影響，直接使用3X3的平滑掩膜進行模擬，這 樣的模型套用準確度不高；（2)從實驗結果可以看出，相位融合算法在某些特定的方向上 實現了一定的修正相位誤差，而在其他方向上仍然存在一定誤差，沒有完整的解決多路徑 效應帶來的影響。應用本發明的提及的方案，可以避免引入外來模型可能導致的不確定性 誤差和額外誤差，並且方法直接有效，能全面的修正各方向的相位誤差，保證了較高的準確 度和可行性。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對照相機數字成像過程中存在的多路徑效應引起PMP測量結 果出現誤差的問題，提出一種有效確定誤差範圍，並由此對誤差部分實現修正的方法。
[0005] 為實現本發明的目的，本發明提供了以下技術方案： 直接利用傳統PMP系統進行被測物體的三維測量，在得到的數字信息中，對亮度調製 參數進行差異計算，根據差異情況對被測物的數字信息進行有效範圍篩選，從而確定存在 誤差的區域。針對誤差區域，由於與其鄰近像素點具有的線性連續關係，通過利用有效區域 的像素點的相位值來確定誤差像素點的相位值，最後利用傳統PMP方法的三維計算得到三 維數據。
[0006] 與現有技術相比，本發明有如下優點： 本發明可以有效減小多路徑效應引起的相位誤差，提高PMP三維測量結果的精準度。 本發明在傳統PMP方法的基礎上進行了改進，避免了使用其他模板可能帶來的不確定誤差 和額外影響，保證了測量數據的可靠性，並且可以實現各方向上相位誤差校正，方法直接有 效，相比傳統PMP方法能使測量結果達到具有更高的精準度。
[0007]
【專利附圖】
【附圖說明】 圖1是本發明的流程圖。
[0008] 圖2是本實例中使用傳統相位測量輪廓術重建得到的目標的正視圖和局部側視 圖； 圖3是使用了本發明的方法後重建得到的目標正視圖和局部側視圖。
【具體實施方式】
[0009] 為了使發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本 發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用 於限定本發明。
[0010] 本發明所用三維測量系統中使用的設備包括一臺CASIO XJ-A155V型投影機、 Prosilica GC650C型照相機以及一臺普通計算機組成。其中，投影機的解析度是800X600， 照相機的解析度是640 X 480。
[0011] 本實例的具體實施步驟如下： (1)搭建三維測量系統，調節照相機使其能夠捕捉到校準用標靶的全貌，然後，調節投 影機的位置、焦距等以確保投出的PMP模板顯示清晰正確，能完全覆蓋標靶和被測物體，同 時調節照相機的光圈、曝光時間等參數排除鏡頭上溢下溢的影響，保證抓捕圖像的清晰，最 後通過校準三維測量系統得到照相機的參數矩陣和投影機的參數矩陣。
[0012] (2)利用公式（1)計算照相機抓捕圖像的亮度調製參數：
【權利要求】
1. 一種減少相位測量輪廓術中多路徑效應影響的方法，其特徵在於首先對得到的亮 度調製參數進行差異計算，其次根據亮度調製的差異情況對求得的相位進行區域篩選，濾 除受到多路徑效應影響強烈的區域，然後根據周圍像素點的相位值估算濾除區域的相位情 況，再由估算後得到的相位進行三維重建。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的亮度調製參數的差異計算，主要是 指對初步得到的亮度調製參數矩陣用其後一行的值減去前一行的值，即進行前向差分操 作，所得到的差值構成一個新矩陣。
3. 按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的區域篩選和區域的濾除是指在顏 色變化明顯的邊緣部分其亮度調製參數變化大，差異計算後得到的差值也較大，而在顏色 變化平緩的部分得到的差值很小，所以利用差值的大小可以確定會受到多路徑效應影響大 的區域，對差值設置閾值範圍就可以濾除受影響大的區域。
4. 按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的相位值估算是指找到濾除部分的像 素點所在矩陣列的前一個有效像素點和後一個有效像素點以線性關係估算其相位值，即線 性插值，由此完成對濾除部分的相位值估算。
【文檔編號】G01B11/25GK104215201SQ201410507715
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】劉凱, 楊洋, 鄭曉軍, 吳煒, 楊曉敏 申請人:四川大學