多频外差相移三维测量关键技术_宋雷

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1、第３３卷第４期长春工业大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．４２０１２年０８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ａｕｇ．２０１２多频外差相移三维测量关键技术宋雷，岳晓峰＊，王乐（长春工业大学机电工程学院，吉林长春１３００１２）摘要：对三维测量系统中的关键技术，如相位测量、解相位、立体匹配和去除噪声点、系统结构和标定等进行了分析和论证。实验结果证明，该系统能够进行复杂曲面的测量，且保证了测量精度。关键词：双目立体视觉；相位测量；标

2、定；多频外差原理；三维重建中图分类号：ＴＰ３９１文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－１３７４（２０１２）０４－０３９１－０６３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｉｔｈｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔＳＯＮＧＬｅｉ，ＹＵＥＸｉａｏ－ｆｅｎｇ＊，ＷＡＮＧＬｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ

3、ｔｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｕｃｈａｓｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｐｈａｓｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｅｒｅｏｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｎｏｉｓｅｒｅｍｏｖａｌ，ｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｄｅｔｅｃｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｆｒｅｅ－ｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｒｅｌｉａｂｌｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏ

4、ｎ；ｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．的处理精度，甚至得出错误的结果。目前，旋滤波０引言法在条纹处理中取得了良好的效果，文中提出基相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术、调制度于并行标记技术的小区域旋滤波噪声消除算法，［１］测量轮廓术等如今得到了很大关注和深入研并对多频外差相移三维测量关键技术进行了阐究。并在航空航天、在线检测与质量控制、机械制述。造和医疗诊断、计算机辅助设计与制造和机器人１系统工作原

5、理视觉系统等领域得到广泛应用，但在实际测量得到的截断相位图中，由于获取的条纹图存在噪声１．１标定会扰乱条纹图的正弦调制光强分布，影响条纹图调整ＣＣＤ摄像机，投影仪与待测形面的位收稿日期：２０１２－０２－２５基金项目：吉林省科技发展计划项目（２００８０５３５）作者简介：宋雷（１９７６－），男，汉族，吉林安图人，长春工业大学硕士研究生，主要从事方机器视觉方向研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｌｅｉ＠１６３．ｃｏｍ．＊联系人：岳晓峰（１９７１－），男，汉族，吉林长春人，长春工业大学教授，博士，主要从事机器视觉及智能控制方向研究，Ｅ－

6、ｍａｉｌ：ｙｕｅｘｉａｏｆｅｎｇ＠ｍａｉｌ．ｃｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．３９２长春工业大学学报（自然科学版）第３３卷置，采用传统的平面标定板和自标定程序来对系实际应用中可抑制由高次谐波引起的位相计算误［３］统进行标定，以获取较高的标定精度。差，但是对相移误差较敏感，ＣＣＤ摄像机拍摄１．２相移法原理的条纹图中每个像素可以得到一个相对相位φ，［２］相移法（Ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｉｎｇ）是根据光波干涉原在１个相位周期内它是唯一的，但是在整个测量理将满足测量要求的正弦分布的光栅用ＤＬＰ投空间中该值不是唯一的，因此，须对空间点的相对影系

7、统投射到被测物体表面，由于受到物面高度相位值进行展开，文中根据外差原理进行相位展分布的调制条纹发生形变。利用ＣＣＤ摄像机采开。集得到二维的变形条纹图可表示为：１．３多频外差原理［４］Ｉｎ（ｘ，ｙ）＝ａ（ｘ，ｙ）＋ｂ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ［２πλｘ＋Δφ（ｘ，ｙ）］外差原理是运用光调制技术以及电子相位（１）计测量经过调制的光信号的相位，将频率为λ１，λ２式中：Ｉ（ｘ，ｙ），ａ（ｘ，ｙ）分别为摄像机接收到的相位函数Δφ１（ｘ）和Δφ２（ｘ）经过叠加得到一种的光强和物面背景光强；合适的频率为λ，其相位函数Φ１２（ｘ）：ｂ（ｘ，ｙ）调

8、制振幅；λ＝λ１λ２（４）λ１－λ２ｎ第ｎ帧相移条纹图；多频外差原理基本思想是利用低频光栅投影λ条纹的频率；来确定物体突变部分的范围。采用满足测量精度Δφ（ｘ，ｙ）要求出的相位函数，其中隐含要求的高频光栅投影来获得高精度的物体形面信了物体表面的高度信息。息。此方法利用粗光栅投影的测量结果来确定细由式（１）可知，方程中