基于三频相移的结构光测量系统

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1、总第３２１期计算机与数字工程Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．７２０１６年第７期Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆ＤｉｇｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１２６７＊基于三频相移的结构光测量系统郭进陈小宁（西南财经大学天府学院绵阳６２１０００）摘要基于相移结构光的测量系统在逆向工程等领域得到了广泛应用。传统格雷码与四步相移结合的光栅透射方式，因为相位解包裹算法会引起相位周期性突变，边缘效果差；采用七频的多频外差光栅透射，基于单点相位解包裹避免了相位周期性突变，缺需要采集更多的图片。针对以上问题研究了基于三频相移的结构光测量方式，在投射尽量少的光栅图同时，进行单

2、点解相位。实验验证，该系统可以完成复杂面型测量并且获得高精度点云数据。关键词三维测量；标定；三频相移；时间相位展开中图分类号ＴＰ３９１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９７２２．２０１６．０７．０１７３ＤＯｐｔｉｃａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＴｈｒｅｅＰｉｔｃｈｅｓＨｅｔｅｒｏｄｙｎｅＭｅｔｈｏｄＧＵＯＪｉｎＣＨＥＮＸｉａｏｎｉｎｇ（ＴｉａｎＦｕＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｉｎａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０００）Ａｂｓｔｒａ

3、ｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｐｈａｓｅｓｈｉｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｒｅｖｅｒｓｅｅｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｇｒａｙｃｏｄｅｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｏｕｒ－ｓｔｅｐｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｒａｓｔｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｐｅｒｉｏｄｉｃｍｕｔａｔｉｏｎｏｆｐｈａｓｅａｎｄｂａｄｅｄｇｅｅｆｆｅｃｔｗｉｌｌｂｅｃａｕｓｅｄｂｙｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｓｅｖ

4、ｅｎｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｒａｔｉｎｇｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｔｒａｎｓ－ｍｉｓｓｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＰｈａｓｅＵｎｗｒａｐｐｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｐｅｒｉｏｄｉｃｍｕｔａｔｉｏｎ，ｌａｃｋｏｆｎｅｅｄｔｏｃｏｌｌｅｃｔｍｏｒｅｐｉｃ－ｔｕｒｅｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓｂａｓｅｄｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｒｉｐｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ，ｉｎｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇａｓｌｉｔｔｌ

5、ｅａｓｐｏｓｓｉｂｌｅａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｐｈａｓｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｃｏｍｐｌｅｔｅｃｏｍｐｌｅｘｓｕｒｆａｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｏｏｂｔａｉｎｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｄａｔａ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ３ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｒｅｅｐｉｔｃｈｅｓｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｍｐｏｒａｌｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒＴＰ３９１基于结构光

6、投射的三维测量系统以及相关技１引言术得到了快速发展，标定技术从三维靶标发展到了随着计算机视觉技术的快速发展，机器视觉技二维平面靶标，结构光投射经历了线移，到格雷码术在在线检测、精确的定量感知、危险场景的感知加四步相移，到多频外差的投射模式。线移技术采等领域得到了广泛应用，其中基于双目视觉和结构用结构光中心提取的方式，不仅精度低，而且得到光的三维测量技术更是研究中的热点。随着３Ｄ打的点云也是散乱点云；采用了格雷码加四步相移技印技术和逆向工程的兴起，三维光学测量技术已经术后，根据格雷编码进行相位周期解码计算，得到在文物保护、视

7、觉检测、工业部件质量检测、医学美每个像素的相位主值，进行立体匹配，但是采用这容、人体测量、几何量的尺寸检测等领域占据了重种方式需要投射光栅数较多，并且容易在格雷码周［１］要地位。期处发生相位突变，造成解相错误出现误差点，同＊收稿日期：２０１６年１月１３日，修回日期：２０１６年２月２３日基金项目：四川省教育厅一般项目“应用于３Ｄ打印的三维测量系统研发”（编号：１５ＺＢ０４７５）；四川省教育厅一般项目“高精度牙模三维测量系统及关键技术研究”（编号：１３ＺＢ０３７７）资助。作者简介：郭进，男，硕士，讲师，研究方向：三维光学测量，

8、数字图像处理，点云处理。１２６８郭进等：基于三频相移的结构光测量系统第４４卷时被测量物体的边界处也容易发生错误；为了解决的。双目系统在成像的过程三维世界坐标在齐次［２～３］测量复杂面形，Ｊ．Ｍ．Ｈｕｎｔｌｅｙ和Ｈ．Ｓａｌｄｎｅｒ采坐标和二维图像上的像素坐标可表示为用基于时间相位的多频外差相位解包裹，目前