專利名稱：一種基于史托克維爾變換的改進窗口傅里葉三維測量法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三維信息重構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，基于調(diào)制光柵投影，結(jié)合史托克維爾變換和窗ロ傅里葉變換法，將條紋投影輪廓術(shù)用于物體的三維測量。整個系統(tǒng)涉及黑白投影光柵條紋設(shè)計，計算窗ロ大小，求取相位等部分。
背景技術(shù)：
基于光學投影的三維測量，廣泛應用于產(chǎn)品檢測和加工控制、醫(yī)療領(lǐng)域、文物保護領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、文化領(lǐng)域等。在眾多的三維測量技術(shù)中，光學三維測量技術(shù)以其非接 觸測量、實時性較好等特點成為占主導地位的三維測量技木。光學三維測量技術(shù)是以現(xiàn)代光學為基礎(chǔ)，融光電子學，計算機圖像處理，圖形學，信號處理等科學為一體的現(xiàn)代測量技木。它將光學圖像作為信息檢測和存儲的實體，從圖像中獲得三維測量所需信息。相對于其它三維信息測量方法，光學測量技術(shù)具有高速度、高精度的特點，從上世紀60年代以來，得到了廣泛的研究和應用。基于編碼光柵投影的三維測量技術(shù)最具代表性，應用最為廣泛?；诠鈻磐队暗娜S測量就是將光柵圖樣投影到被測物表面，由攝像機獲取變形的光柵圖像，并由相位與高度的關(guān)系來確定出被測物體相對參考平面的高度信息。當光柵投影到物體表面上吋，周期性光柵的相位就受到物體表面高度輪廓的調(diào)制，形成變形光柵，變形光柵中帶有物體的三維信息。準確獲取變形光柵圖像的相位分布在整個三維測量過程中起著關(guān)鍵作用。通?；诠鈻磐队暗娜粶y量法分為多幀處理相移法和單幀處理變換測量法。傅里葉變換輪廓術(shù)(FTP)是ー種主動式單幀測量法，最早由Takeda等提出，眾多學者對此作了深入的研究。由此開啟了傅里葉變換法在三維測量領(lǐng)域的新的應用。但是由于傅里葉變換(FT)是全局變換，不具有局部分析的能力，故局部的錯誤無法単獨分析解決?；诖耍哂芯植糠治鰞?yōu)勢的窗ロ傅里葉變換(WFT)被引入三維測量領(lǐng)域。局部信號分析使得信號處理結(jié)果更為精確，而其中關(guān)鍵就是前期的窗ロ選擇。窗ロ越大，頻率分辨率越好而空間分辨率越差；窗ロ越小，頻率分辨率越差而空間分辨率越好。因此窗ロ的選擇對于三維測量的精度有著重大影響。根據(jù)海森伯格測不準原理，我們不能給出ー個完全準確的窗ロ大小，但是可以不斷的優(yōu)化。因此如何選取自適應窗ロ成為ー個難點，于是小波脊法等被引入三維測量，對于窗ロ大小的選擇給出了詳盡的分析，對窗ロ傅里葉測量法的精度和速度都有提高。但是由于窗ロ傅里葉處理高分辨率的圖像比較緩慢，因此在實時性有要求的情況下，有必要盡量減少窗ロ大小的計算時間。由于傅里葉變換法得到的相位值是介于0-2 π的，所以需要進行相位展開得到絕對相位值。但是因為窗ロ傅里葉變換在物體高度跳變和陡峭區(qū)域一般脊法求取其窗ロ大小帶有很大誤差，導致相位求解的過程中會出現(xiàn)誤差，此誤差在相位展開時會影響接下來待處理點的相位展開精度，所以會導致相位展開時產(chǎn)生連續(xù)錯誤，即拉線現(xiàn)象。直接展開相位的掃描線方法速度較快，但魯棒性較弱，極易產(chǎn)生拉線現(xiàn)象。雙頻法通過投射含有兩種頻率分量的正弦光柵，經(jīng)傅里葉變換濾波，得到兩種頻率下的相位值，用低頻下得到的相位值修正高頻下得到的相位值，從而修正高頻下得到的相位不連續(xù)處的錯誤值。但由于雙頻法也是用傅里葉變換求解初始相位，所以也存在著兩種頻率分量之間的頻譜混疊問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對小波變換在求取窗ロ傅里葉窗ロ大小時速度緩慢以及高度跳變和陡峭區(qū)域求取窗ロ大小誤差大的問題，本發(fā)明的目的在于不影響窗ロ大小求取準確性的前提下，解決跳變區(qū)域求取相位不準確的問題，提供一種基于史托克維爾變換的改進窗ロ傅里葉三維測量法。技術(shù)方案一種基于史托克維爾變換的窗ロ傅里葉三維測量法，其特征在干，具體步驟如下步驟I :將黑白條紋圖像投影到被測物體表面，使用CCD對被測物體表面進行拍攝，得到一幅高度為C、寬度為r的變形條紋圖像g(x，y)
權(quán)利要求
1. 一種基于史托克維爾變換的窗ロ傅里葉三維測量法，其特征在于，具體步驟如下 步驟I :將黑白條紋圖像投影到被測物體表面，使用CCD對被測物體表面進行拍攝，得到一幅高度為C、寬度為r的變形條紋圖像g(x，y) g (X，y) = A (X, y) +B (X, y) cos [2 π f0x+ φ (χ, y)] 其中，Α(χ，y)是背景光強分布，B(X，y)是物體表面反射率，f0是正弦條紋頻率，Φ (x,y)是待求的相對相位分布圖，(x，y)表示變形條紋圖像的ニ維坐標， 步驟2 :對變形條紋圖逐行做史托克維爾變換，得到變形條紋圖像每一點的近似尺度因子，具體過程如下 步驟2. I :將y視為常數(shù)yi，采用一維史托克維爾變換對變形條紋圖像g(x，y)的第yi行進行處理，處理過程為 Φ, /) = [ g(x, )ωφ - χ, /) exp(-/'27r i& 其中Y1表示某一行的行號，i為復數(shù)単位，f是尺度因子，f依次取值為0.001赫茲、O. 002赫茲、O. 003赫茲、……、1赫茲，b是平移因子，b依次取值為1、2、3、……、！■，単位為像素，r為圖像寬度，獲得的ん(ろ,/)是ー個1000行r列的ニ維復數(shù)矩陣，ω (b_x，f)是史托克維爾變換窗ロ函數(shù)，窗ロ大小由尺度因子f控制，其表達式為 步驟2. 2 :求取條紋圖像的近似尺度因子分布圖fal (x, Y1) 求出ん汍/)的對應的模矩陣Cyi {bj)，捜索模矩陣Cyi (b，f)第χ列中值最大的元素，并將模矩陣Cyi ^,/)的第χ列中值最大元素的行標號賦值給amax，則= O. 001+0. OOlXamax,arx為條紋圖像的近似尺度因子分布圖fal(x，Y1)在坐標(X，Y1)處數(shù)值， 遍歷條紋圖像所有坐標點，求得條紋圖像的近似尺度因子分布圖fal(x，y)， 步驟3 :對變形條紋圖逐行做史托克維爾變換并去除史托克維爾變換脊誤差，得到變形條紋圖像每一點的準確尺度因子，具體過程如下 步驟3. I :將y視為常數(shù)yi，采用一維史托克維爾變換對變形條紋圖像g(x，y)的第yi行進行處理，處理過程為 Φ, /) = [ g(x,ス)ωφ - χ, /) exp(-/'27r i& 其中Y1表示某一行的行號，i為復數(shù)単位，f是尺度因子，f依次取值為0.001赫茲、O. 002赫茲、O. 003赫茲、……、1赫茲，b是平移因子，b依次取值為1、2、3、……、！■，単位為像素，r為圖像寬度，獲得的ろi(ろ,/)是ー個1000行r列的ニ維復數(shù)矩陣，ω (b_x，f)是史托克維爾變換窗ロ函數(shù)，窗ロ大小由尺度因子f控制，其表達式為 ^-x,/) = ^exp[- , 步驟3. 2 :去除史托克維爾變換后的變形條紋圖每一個像素點的脊誤差，處理過程為S(x, Y1) = SjS^S2+ ε 0 其中S(x，yi)為變形條紋圖中任意一像素點的史托克維爾變換簡化形式，其中Stl表示由變形條紋圖中每一點的相位ニ階導所帯來的誤差，其表達式為
全文摘要
一種新的基于史托克維爾變換的改進三維測量方法。其主要目的在于精確得求解出條紋圖像的相位分布，由相位分布得到物體的三維形貌信息。其實現(xiàn)步驟為將一幅黑白正弦條紋圖像投影到被測物體上。對CCD采集到的變形條紋圖像逐行進行史托克維爾變換，提取史托克維爾變換脊，然后計算并去除求取脊過程中相位二階導所帶來的誤差，最后得到精確的窗口大小矩陣。將精確窗口矩陣代入窗口傅里葉變換，經(jīng)過濾波等步驟求得變形條紋圖的相對相位信息。建立條紋圖質(zhì)量圖，然后采用洪水算法相位展開，得到條紋圖像的絕對相位分布。根據(jù)相位高度轉(zhuǎn)換公式由絕對相位分布獲取被測物體的三維信息。
文檔編號G01B11/25GK102620685SQ20121007942
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者董富強, 達飛鵬, 陳璋雯 申請人:東南大學