基于多频外差原理的相位校正及匹配方法研究

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1、第３５卷第２期应用光学Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２２０１４年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓＭａｒ．２０１４文章编号：１００２－２０８２（２０１４）０２－０２３７－０５基于多频外差原理的相位校正及匹配方法研究黄亚楠１，２，娄小平１，２（１．北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室，北京１００１９２；２．北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程技术研究中心，北京１００１９２）摘要：利用多频外差原理推导四频光栅条纹相位解包裹过程，同时，为了减小相位解包裹误差，提出一种相位校正的方法，并分析了相位校正对匹配结果的影响；通过将校正

2、后的绝对相位值作为匹配的依据，利用极线对上基于相位的亚像素匹配方法；利用三维重建技术获取物体的三维点云数据。实验结果表明：平面测量的匹配率提高了４．９７％，测量精度达到０．１８９５ｍｍ。关键词：三维测量；多频外差；相位解包裹；相位校正；匹配中图分类号：ＴＮ２４７；ＴＰ３９１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１４３５．０２０２００１Ｐｈａｓｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｍａｔｃｈｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｍｅｔｈｏｄ１，２，ＬＯＵＸｉａｏ－ｐｉｎｇ１，２ＨＵＡＮＧＹａ－ｎａｎ（１．

3、ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＯｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅ

4、ｄｏｎｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂｙｐｒｏ－ｊｅｃｔｉｎｇｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｒｉｎｇｅｓｗａｓｄｅｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇｅｒｒｏｒｓ，ａｐｈａｓｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｎｍａｔｃｈｉｎｇｒｅｓｕｌｔｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｐｈａｓｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙ

5、ｏｆｔｈｅｍａｔｃ－ｈｉｎｇ，ｔｈｅｒｅｖｉｓｅｄａｂｓｏｌｕｔｅｐｈａｓｅｖａｌｕｅｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｍａｔｃｈｉｎｇ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｓｕｂ－ｐｉｘｅｌｍａｔｃｈｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｐｈａｓｅｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ３Ｄｒｅ－ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｕｓｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｒａｔｅｏｆｐｌ

6、ａｎｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ４．９７％，ｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃ－ｃｕｒａｃｙｏｆ０．１８９５ｍｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ；ｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ；ｐｈａｓｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ｍａｔｃｈｉｎｇ引言度快等优点，广泛应用在航天航空、逆向工程等各［１］基于结构光的三维测量技术具有精度高、速个领域。实际测量中，由于测量环境、物体表面收稿日期：２０１３－１０－２３；修回日期：２０１３－１２

7、－０６基金项目：北京市科技计划项目（Ｚ１２１１００００１６１２０１１）；北京市属高等学校创新团队建设与教师职业发展计划项目（ＩＤＨＴ２０１３０５１８）。作者简介：黄亚楠（１９８８－），女，山西永济人，硕士研究生，主要从事光学三维测量和图像处理技术的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｙｎｘｕｅｒｏｎｇｈｕａ＠１６３．ｃｏｍ·２３８·应用光学２０１４，３５（２）黄亚楠，等：基于多频外差原理的相位校正及匹配方法研究特性等随机噪声的影响，采用实际采集的光栅图形成一级条纹内的光栅图像为基础，对各个参数像求解的相位图存在较大噪声，出现相位值跳跃与外差合成的不

8、同频率的相位函数进行相位的不连续点。其次匹配是立体视觉中最重要的展开。环节，通过将相位值作为匹配的一个特征向量，并结合极线约束实现匹配。相位跳跃会直接影响匹配的精度，最终导致三维重建点云的坐标误差很大。本文提出一种相位校