数字相移测量中的高精度相位误差补偿.pdf

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1、第35卷第1期2013年2月光学仪器OPTICALINSTRUMENTS文章编号：1005—5630(2013)01—0006—06数字相移测量中的高精度相位误差补偿褚利文1，张旭2，朱利民(1．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2．上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)V01．35。No．1February，2013*摘要：数字相移测量的主要误差来源于由数字投影机引入的Gamma(y)畸变。投影范围内的y非一致性使得基于单一)，的校正技术和相位误差补偿技术存在较大残余误差。在分析y非均匀分布的基础上，提出了基于像素的相位误差查找表补偿方法。该方法根据

2、像素自身的y，动态地建立相应的相位误差查找表，进行相位误差补偿，有效提高了补偿精度。对实际测量结果做了分析并与基于单一y的方法进行了比较，证明了基于像素的相位误差查找表补偿方法能够获得更高的精度。关键词：相移；y标定；相位误差中图分类号：TN206文献标识码：Adoi：lO．3969／j．issn．1005—5630．2013．01．002HighaccuracyphaseerrorcompensationfordigitalfringeprojectionprofilometryCHULiwenl。ZHA小，GXM2。ZHULiminl(1．SchoolofMechanica

3、lEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；2．SchoolofMechatronicEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：TheGamma()，)distortioncausedbydigitalvideoprojectorcontributesmostforphaseerrorindigitalfringeprojectionprofilometry．Theresiduephaseerro

4、risstillnon-negligibleafter)，correctionandphaseerrorcompensationbasedonsingle)，value．Byanalyzingthenon-uniformdistributionof)，，anovelphaseerrorcompensationtechnique，whichdynamicallyconstructsthephaseerrorlook—up-table(LUT)regardingtotheyvalueofthespecificpixel，isintroducedanditeffectivelyimp

5、rovestheaccuracyofphaseerrorcompensation．Themeasuredresultsareanalyzedandcomparedanditshowsthathigheraccuracycouldbeachievedwiththismethod．Keywords：phaseshifting；)，calibration；phaseerror引言相位轮廓术(phasemeasurementprofilometry，PMP)是一种以相移为基础的结构光测量方法，它能够很好地抑制被测对象表面的颜色、反射率以及环境光的干扰‘1

6、。通过分析多幅有一定相位差的光

7、栅条’收稿日期：2012—05—11基金项目：国家973重点基础研究项目(2011cB706804)；上海市基础研究重点项目(10JCl408000)作者简介：褚利文(1986一)，男，山西太原人，硕士研究生，主要从事结构光三维测量方面的研究。第1期褚利文，等：数字相移测量中的高精度相位误差补偿·7·纹图像，PMP能够计算图像中像素的相位值，进而求解出观察点的深度信息[2‘3]。投影机和摄像机的非线性所导致的y畸变是数字PMP测量的主要误差来源[4’11

8、。HuangPS[4-8]等学者都先后从不同角度对y畸变模型进行了深入研究，得出y畸变引入的高次谐波项是相位误差的主要来源，

9、因此相位误差具有一定的规律[8]。HuangPS睁111等提出了多种办法补偿相位误差。y校正法和相位误差补偿法能够有效提高相位精度，但均忽略了y非均匀分布的多特点，仅采用单一y对整个图像进行校正而导致的参与误差在高精度检测应用场景中是无法忽略的。文章对数字投影机的亮度非均匀分布和y非均匀分布的规律进行研究，通过理论分析和实验验证相位残余误差，提出一种基于像素的相位误差查找表，根据)，的分布规律进行相位误差补偿，有效提高了相位精度并最大限度优化了算法的空间和时间效率。1相移原理在相移法中，相移