結(jié)構(gòu)光測量原理

1、投影柵相位法是三維輪廓測量中的熱點之一，其測量原理是光柵圖樣投射到被測物體表 面，相位和振幅受到物面高度的調(diào)制使柵像發(fā)生變形，通過解調(diào)可以得到包含高度信息的 相位變化，最后根據(jù)三角法原理完成相位一高度的轉(zhuǎn)換。在計算機中空間相位解調(diào)和時間相位解調(diào)沒有本質(zhì)區(qū)別，因此基于相位的光柵投射輪廓術 中的相位計算方法幾乎全是借鑒通信理論中的調(diào)制一解調(diào)技術。根據(jù)相位檢測方法的不同，主要有莫爾輪廓術、移相法、變換法。其中移相法應用最為廣 泛。2.2相位移原理相移的基本思想是：通迎采集多幀布一定相移的條紋圖像來計卸包含有被測 物體表面三維信息的相位初值I珂。假設條紋圖像光強是標準正弦分布，則其光強分 布函數(shù)為：1

2、皿力=廣（-匚力十r（x）cos洲工計）TJ（-2A）其中r（x）為圖像的平均灰度十廠（工瑚）為圖像的灰度調(diào)制探分別為圖像的相 位移，機時）為待計算的相對相位值也披稱為相位主也摭其中3一以 和 機孤力為三個未知量，因此要計算液uj）至少需要使用三張圖像，目前已有多種相移算法，每種算法的穩(wěn)定性和誤差響應均不相同，因此相位移算 法的選取對相位計算及后續(xù)三維重建精度有重要的影響L里目前相移算法主要有： 標準N步相移法或等間距滿周期法荊、N幀平均算法博】、N十I步相移算法I響和任意等 步長相移算法*1等.23相位展開算法通過相位移算法計算出的相位主值姒 g在一個相位周期內(nèi)是唯一的，但是由于 在整個測量

3、空間內(nèi)有多個光柵條紋，。(札J，)果鋸齒狀分布,必頊時空間點的相位七 信進苗相立展開得到連續(xù)的絕對相住值中”)，如圖2衛(wèi)所示.：圖W相荷梭開示-圖-n 4| H|與以上的空間相位展開算法相對應，Huntley等提出了時間相位展開方法 (Temporal Phase Enwrapping Algorithm)1717y 791 c 這種力法通過投射-系列不同頻率 的條紋圖到被刑物體表面.并同步拍攝得到一組受被測物體表面調(diào)制的而變形光柵 條紋圖.然后將每點、的相位:在這個序列上獨立避行計算，夙原理上避免f誤斤的傳 播。這種每點相位可獨立計算的特征，使得此方法在解相過程中不受被測物體形貌 的影響，可

4、自動準確的測量表面不連續(xù)的物體土時間相位展開方法自提出到現(xiàn)在已有十多年的歷史，這期間發(fā)展非?？炷壳耙?有務篇綜述性文章對此領域進行了系統(tǒng)介紹睥呻，此方面的具體內(nèi)容請參考上述 文獻，與空間相位展開方法相比，時間相位展開需要的圖像更多，因此，當能夠記 最多幅圖像旦速度能滿足要求時，時間相位展7F.7J；要更優(yōu)越.Gray編碼加相移算法向被測物休投射-紐Gmy編嗎圖像和相移光柵圖像，通過對 編碼圖像進行解碼得到相移光柵圖像的級數(shù)，從而實現(xiàn)相位展JT蚪她的。圖嘴為上述編碼佰即為空間宜所在的周期數(shù)，根據(jù)該編碼方法，測量過程中，必須投 曜（kay煽伺圖像和相移光柵圖像,用H這兩類圖像需滿足-定的倍數(shù)關系-

5、以標準 四步相移為例，Gmy編碼光撮的最小柵丑.噸為移相光柵圖像相移量的四倍閔.Q）多頻外差原理外亨原理是指埒兩種不同頻率的相位函數(shù)?。▽颓?）登加得到-種頻率更低 相位函數(shù)如圖2.5所示，其中4退,為分別為相位函數(shù)gW 時應的頻率叫）的頻率為經(jīng)過計算可表示為飽，外基原理W以用來對空間點的相對相位隹進行展開,為了在全場范圍內(nèi)無歧義的 進行相位展開，必須選擇合適的4和石值，使得%=、如圖Z6所示，在圖像的 全場范圍內(nèi)，的比值等于投影圖像的周期數(shù)比設為E，是個常鼠）， 可采用下式對機對進行相位展開；時=玖十0（工）乂2陌（2.6）其牝口中=海=一4卜圖2.6相位展IF其中，表不初始相位主值的頒率

6、f J外差后相立的珈率的比位，A表小相位主 值的誤差，AS表示外差后相位的誤差，按照上述不等式，假設*=1屆4時(即投射 的條紋頻率為I 則要求相位4值的深度小1/384,才能成功完成相位展開計 算，這對相位上值甘輿的精度要求太高-實際測景過程中無法完成.為了解決上述問題.Reich等網(wǎng)一心|提出使用三種頻率的光腿來進行外差相位解相, 二種光柵的頰率分別為，4川70扁=64(26 = 1/59其對應的相位主值分別為由0和由,使用外差原理分別登加財碼和碼0，得到 頻率為的二位和隊，由式 3) W知：6(2.17)%二心然話作將甄率為小知的相位疊加，得到祚全場范闈內(nèi)只有-個周期的相位 中皿，該相位的頻率為十4h=L上述計算過程如圖二7。最后根據(jù)式2 14仕:中餌反 向計算出虬總和電的連續(xù)相位。上述過程中包括了三個外差