一种适用于三维传感技术测量中用双色光栅模板产生π相移正弦结构光场实现傅里叶变换轮廓术的方法，其特征在于产生π相移正弦结构光场的双色光栅模板由两种不同颜色的条纹组成，两种不同颜色的条纹相互移动半个周期，即位相相差π，每一种条纹光学透过率为正弦分布，经光学成像系统成像后，在象方形成具有两组平行的和位相差为π的正弦强度分布的照明光场，产生π相移正弦结构光场的双色光栅模板可以通过下面的方法得到：一是利用计算机编程产生π相移双色光栅模板；二是利用彩色相机拍摄π相移的双色光栅模板；三是运用微细制作技术制作π相移双色光栅模板，所述双色光栅模板用于傅里叶变换轮廓术，无需任何相移装置，只用彩色摄像装置记录下彩色变形条纹，通过数字图像处理中的色彩分离技术，便可自动获得两张π相移的变形条纹图，从而按照π相移傅里叶变换轮廓术的方法重建三维面形。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学三维传感技术，特别是涉及用双色光栅模板实现无任何相移装置便可产生π相移正弦结构光场以实现π相移傅里叶变换轮廓术的方法。
技术介绍
三维物体表面轮廓测量，即三维面形测量，在机器视觉、生物医学、工业检测、快速成型、影视特技、产品质量控制等领域具有重要意义。光学三维传感技术，由于其具有非接触、精度高、易于自动控制等优点获得很大发展。现有的光学三维传感方法主要包括三角测量法、莫尔条纹法(MoiréTopography，简称MT)、付里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry，简称FTP)、空间位相检测术(Spatial Phase Detection，简称SPD)、位相测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry，简称PMP)等，这些方法都是通过对受三维物体面形调制的空间结构光场进行解调制，来获得三维物体面形高度信息。其中最常用的空间结构光场三维传感方法是位相测量轮廓术和傅立叶变换轮廓术。位相测量轮廓术需要从多帧相移条纹图形来重建三维面形，具有很高的精度，但由于采用多次相移，实时性较差。傅里叶变换轮廓术只需要用一帧条纹图来重建三维面形，实时性较好，可以用于动态过程的三维传感。傅里叶变换轮廓术是通过对变形条纹图像进行傅里叶变换、频域滤波和逆傅里叶变换等步骤实现的。当被测面形比较复杂时，由于频谱混迭，使三维重建精度较低，甚至恢复面形发生严重错误。为了提高傅里叶变换轮廓术的测量精度，最关键的技术是减小甚至消除携带有用信息的基频分量同零频和高次谐波频率间的混叠。当投影正弦性空间结构光场时，利用л相移技术可以达到此目的。采用л相移技术，对光场进行两次采样，第一次采样时光栅模板置于投影系统的物面，在第二次采样时，将光栅模板沿垂直于投影光轴且垂直于光栅线的方向移动半个光栅周期，两次采样可写为下式表示g1(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y)) g2(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y)+π)＝a(x，y)-b(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y))两式相减得g(x，y)＝2b(x，y)cos(2πf0x+φ(x，y))这样，条纹图的傅里叶谱只有基频分量存在，基频分量具有更大的扩展空间，最大测量范围提高为原来的3倍。如(Jian Li，Xian-Yu Su and Lu-Rong Guo，An improvedFourier transform profilometry for automatic measurement of 3-D object shapes，Opt.Eng.1990，29(12)1439-1444)和(Xian-Yu Su，Jian Li and Lu-Rong Guo，Improved Fouriertransform profilometry，Proc.SPIE 1988，95432-35)等文章中所论述。完成л相移的主要方法有高精度的机械相移，电子相移，但是这些相移方法除了需要相应的机械或电子装置外，还需要采集两帧条纹图，花费较长的时间，从而影响了傅里叶变换轮廓术的实时性，限制了傅里叶变换轮廓术(FTP)的进一步应用。例如在动态过程的三维传感中利用傅里叶变换轮廓术快速获取被测物体的三维面形分布，就存在上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的则是针对上述现有技术中所存在的缺陷，提出一种在三维传感技术测量中用双色光栅模板实现无任何相移装置产生π相移正弦结构光场以实现傅里叶变换轮廓术的方法。这种方法能非常好的消除零频分量，减少频谱混迭，提高测量精度，使得傅里叶变换轮廓术能真正实现动态和瞬态测量。本专利技术的目的是采用下述技术方案来实现的产生π相移正弦结构光场的双色光栅模板由两种不同颜色的条纹组成，两种不同颜色的条纹相互移动半个周期，每一种条纹光学透过率为正弦分布，经光学成像系统成像后，在象方形成具有两组平行的和位相差为π的正弦强度分布的照明光场。按照本专利技术，产生π相移正弦结构光场的双色光栅模板可以通过下面的方法得到一是利用计算机编程产生π相移的双色光栅模板；二是利用彩色相机拍摄π相移的双色光栅模板；三是运用微细制作技术制作π相移的双色正弦光栅模板。所述双色光栅模板用于傅里叶变换轮廓术，无需任何相移装置，只用彩色摄像装置记录下彩色变形条纹，通过数字图像处理中的色彩分离技术，使可自动获得两张π相移的变形条纹图，从而按照π相移傅里叶变换轮廓术的方法重建三维面形。1、利用计算机编程产生π相移双色光栅模板是指用计算机编程方法产生的数字图像，该数字图像由两种不同颜色条纹组成，两种不同颜色的条纹相互移动半个周期，每一种条纹光学透过率为正弦分布。直接通过数字投影装置(如采用数字微镜(digitalmicro-mirror device)的数字光投影器)投影此双色光栅模板到被测物体表面；2、利用彩色相机拍摄π相移的双色光栅模板，然后制作成胶片，通过光学投影系统投影到被测物体表面；3、运用微细制作技术制作双色正弦光栅模板，如可运用大规模集成电路技术制作双色光栅模板，经光学成像系统成像后，利用光学系统固有的低通滤波作用将双色光栅模板的二元分布转化为测量区域的正弦结构分布，并滤去量化噪声，从而获得高质量的双色正弦光栅模板。双色光栅模板被光学投影系统投影到被测物体表面后，用彩色摄像机记录下彩色变形条纹，利用色彩分离技术，通过彩色摄像装置自动获得两张π相移的变形条纹图。由于物体对不同颜色投影光的反射率分布不同，提取出来的两帧正弦条纹图的背景和对比度存在差异，必须对背景和对比度进行校正，使他们相等，才能消除了零频分量，完成π相移操作。本专利技术与现有技术相比有如下优点1.本专利技术使用双色光栅模板来产生π相移正弦结构光场，以实现傅里叶变换轮廓术，而不需要使用任何相移装置，使三维传感光学系统结构简单，使用方便。2.本专利技术使用双色光栅模板的正弦结构光场用于傅立叶变换轮廓术中，减少了频谱混迭，从而提高了测量精度。3.本专利技术将双色光栅模板用于傅立叶变换轮廓术，在不需要任何机械的或电子的相移装置的条件下，通过彩色摄像装置便可以自动连续获得一系列π相移的变形条纹图，从而实现动态过程的三维面形信息实时获取。四附图说明图1本专利技术双色光栅模板投影傅立叶变换轮廓术装置示意图。图2本专利技术色度传递函数的分布示意图。图3本专利技术彩色摄像机获取的红绿双色条纹示意图。图4本专利技术提取出的两个分量的条纹剖面示意图。图5本专利技术背景和对比度校正前后红绿分量的分布局部放大示意图。图6本专利技术背景和对比度校正后红绿分量之差局部放大示意图。图7本专利技术结果条纹的消除了零频的傅里叶谱示意图。图8本专利技术彩色摄像机获取的实现模型猫彩色条纹示意图及提取出的两张π相移变形条纹示意图。图9本专利技术放大的频谱等高线分布示意图。图10本专利技术恢复模型猫面形示意图。五具体实施例方式下面结合附图、工作原理及实施例对本专利技术作进一步详细说明。实现π相移的双色光栅模板由两种不同颜色，光学透过率都为正弦分布且相互移动半个周期的两组条纹组成。例如，我们采用由红、绿、黄(R、G、B)三基色中的红绿两种颜色组成双色光栅，此光栅的透过率函数表示为f(x，y)＝ar+brcos(2π本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苏显渝，陈文静，曹益平，向立群，张启灿，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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