一种大景深场景下的相位展开方法技术

本发明专利技术涉及一种大景深场景下的相位展开方法，包括：1.设置三灰度级格雷码图片；2.选取固定周期的条纹图进行解包裹，选取六张两灰度级格雷码图片和三张三灰度级格雷码图片；3.选取大景深场景中的两个子景深，将条纹图、两灰度级格雷码图和三灰度级格雷码图投射到被测物体上；4.在两个子景深场景下，得到对应的级次图和两者之间的误差；5.三灰度级格雷码法和两灰度级格雷码法之间级次的误差相差小且相位展开的效果相差小。本发明专利技术在大景深场景下三灰度级格雷码解相位的效果和两灰度级格雷码的效果类似，而与两灰度级格雷码相比，三灰度级格雷码减少了投影的帧数，提高了测量的效率，满足在大景深场景下的快速测量。满足在大景深场景下的快速测量。满足在大景深场景下的快速测量。

【技术实现步骤摘要】
一种大景深场景下的相位展开方法


[0001]本专利技术涉及一种大景深场景下的相位展开方法，属于图像处理


技术介绍

[0002]在条纹投影轮廓术FPP中，按照相位展开原理的不同，目前主流的相位展开算法分为两种：空间相位展开算法(Spatial Phase Unwrapping Algorithm)和时间相位展开算法(Temporal Phase Unwrapping Algorithm)。空间相位展开算法是一种非常直观，非常简单的相位展开方法。它的过程一般是选取截断相位的数据行或列的方向，分析相邻元素的相位值，如果相位差值小于，那么后一个元素的相位值会加上；如果相位差值大于，那么后一个元素的相位值会减去。空间相位展开是一个逐点展开的积分累加的过程，带来的结果就是在某一点上的误差对后面的点都会有影响。而为了抑制某一点误差的传播，目前对空间相位展开做了很多新的研究，可以归为两大类：局部展开法和全局展开法。局部相位展开法主要包括洪水算法、分区域处理法、最小生成树法等。全局相位展开法则以最小二乘法为代表包含最小相位展开算法、未加权最小二乘法等。上述算法的本质是通过不同的优化函数将真实相位误差和截断相位误差的差值进行最小化的处理。虽然空间相位展开算法经过研究人员的不断改进，其局限性依然存在。首先空间相位展开只能在物体表面纹理连续的情况下得到比较好的效果，一旦待测物体表面形貌比较复杂或者不是连续的，那么就会出现两个相位差超过的点，空间相位展开是无法解决这个问题的。另一个局限是空间相位展开存在这误差传播的问题，某一像素点相位展开存在误差时，在它后面的所有点都会因此有相位误差，影响了其它点的相位展开。因此在实验过程中特别是被测物体表面形态比较复杂的情况下，优先选择的方法是时间相位展开算法，可以保证相位展开得到的绝对相位的相对准确性。时间相位展开算法的基本原理是向被测物体的表面投射一系列不同频率的条纹图，同时用相机拍摄得到一组因为被测物体表面调制而变形的光栅条纹图，从中计算出由不同频率多帧截断相位构成的3D截断相位场，再将各同名像素点的相位沿着时间轴独立进行展开。时间相位展开算法虽然需要投影多张光栅，但是不同像素之间相位是互相独立的，不会造成误差的累积情况。所以不会出现空间相位展开算法出现的相位误差传播的缺点，因此在实际实验过程中，一般选取时间相位展开算法进行相位展开，特别是在待测物体表面形貌比较复杂、实验环境比较恶劣的情况下，时间相位算法相对于空间相位算法，能够保证相位展开结果的准确性。
[0003]目前最常用的时间相位展开算法有格雷码法和多频外差法等。虽然格雷码法在大景深场景范围下进行相位展开的效果是可以的，但是因为投影格雷码帧数过多导致在大景深场景下进行快速测量时并不适用。多频外差法则因为受到噪声的影响比较大，而在大景深场景下不可能完全消除噪声的影响，此方法也不适合在大景深场景下进行相位展开。传统相位展开算法在大景深场景下的相位展开都有各自的缺陷，因此，需要提出一种新的相位展开方法完成在大景深场景下既能保证相位展开的精度，更要提高三维测量的效率。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种大景深场景下的相位展开方法，其具体技术方案如下：一种大景深场景下的相位展开方法，包括以下步骤：步骤1：设置三灰度级格雷码图片：将三灰度级格雷码划分为暗区域、灰区域和亮区域，对三灰度级格雷码中的暗区域、灰区域和亮区域进行编码赋值，形成三灰度级格雷码图片；步骤2：选取图片：选取固定周期的条纹图进行解包裹，选取六张两灰度级格雷码图片和三张三灰度级格雷码图片；步骤3：图片投射：选取大景深场景中的两个子景深，将条纹图、两灰度级格雷码图和三灰度级格雷码图投射到被测物体上；步骤4：求解误差：在两个子景深场景下，求解得到两灰度级格雷码法和三灰度级格雷码法各自的条纹级次，并得到对应的级次图和两者之间的误差；步骤5：验证结果：两灰度级格雷码法在子景深场景下的相位展开误差小，而三灰度级格雷码法和两灰度级格雷码法之间级次的误差相差小且相位展开的效果相差小。
[0005]进一步的，所述步骤1中三灰度级格雷码是将图片划分为暗、灰和亮三个不同的灰度值，图片总共被划分为27个区域，三个灰度级暗、灰和亮对应的码值分别为0、1和2，所述暗、灰和亮灰度级的灰度值分别为0、127.5和255。
[0006]进一步的，所述步骤3中将三灰度级格雷码投射到被测物体的表面，将三灰度级格雷码图片上的像素点与三维空间内的点进行对应，选取三灰度级格雷码图片上的像素点作为采样点。
[0007]进一步的，所述步骤3中三灰度级格雷码图片中像素点对应的码值按照时间序列的方式进行组合，获得像素点的区域编码值，确定像素点在三灰度级格雷码图片中的位置区域，建立编码图像像点、编码图片像点和三维空间被测点之间的对应关系。
[0008]本专利技术的有益效果：本专利技术在大景深场景下三灰度级格雷码解相位的效果和两灰度级格雷码的效果类似，而与两灰度级格雷码相比，三灰度级格雷码减少了投影的帧数，提高了测量的效率，满足在大景深场景下的快速测量。
附图说明
[0009]图1是本专利技术的方法流程示意图，图2是本专利技术的基于格雷码的包裹相位展开过程示意图，图3是本专利技术的多频外差法原理示意图，图4是本专利技术的三灰度级三位格雷码编码示意图，图5是本专利技术的子景深1三灰度级格雷码拍采集到的示意图，图6是本专利技术的子景深1不同方法得到的级次图和两者间的误差示意图，图7是本专利技术的子景深1不同方法得到的级次图和两者间的误差定量分析图，图8是本专利技术的子景深2三灰度级格雷码采集到的示意图，图9是本专利技术的子景深2不同方法得到的级次图和两者间的误差示意图，
图10是本专利技术的子景深2不同方法得到的级次图和两者间的误差定量分析图。
具体实施方式
[0010]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。
[0011]目前最常用的时间相位展开算法有格雷码法和多频外差法等。格雷码（Gray code）是一种特殊的二进制码，只由0和1组成。从二进制码转换成格雷码，从右边到左边以进行编号，当二进制码的第位和第位相同时，对应的格雷码的第位则为0，否则就为1，第位被认为是0。与二进制码不同的是，格雷码的相邻数字的编码只有一位是不同的，这是格雷码最大的优点，可以减少结构光解码的错误率，使格雷码编码的图片具有很高的可靠性和鲁棒性。在三维重建中，通过投影仪将格雷码图片投射到待测物体上，同时用相机采集拍摄图片并对其进行解码，这样就可以得到待测物体点在投影仪图像中的坐标。对于6位格雷码的情况，通过投射六张格雷码图片，将待测区域划分为即64个独立的区域。基于格雷码的包裹相位展开过程如图2所示，每一个阶段的包裹相位都进行对应的标记以实现相位展开的过程。多频外差法的基本原理是将两种不同频率的相位函数和叠加到一起后得到频率更高的一个相位函数，其原理示意图如3图所示，设和分别是相位函数和的频率，那么的频率可以表示为：
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(1)由公式（1）可知，为了在图像的全局范围内进行无歧义的相位展开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大景深场景下的相位展开方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设置三灰度级格雷码图片：将三灰度级格雷码划分为暗区域、灰区域和亮区域，对三灰度级格雷码中的暗区域、灰区域和亮区域进行编码赋值，形成三灰度级格雷码图片；步骤2：选取图片：选取固定周期的条纹图进行解包裹，选取六张两灰度级格雷码图片和三张三灰度级格雷码图片；步骤3：图片投射：选取大景深场景中的两个子景深，将条纹图、两灰度级格雷码图和三灰度级格雷码图投射到被测物体上；步骤4：求解误差：在两个子景深场景下，求解得到两灰度级格雷码法和三灰度级格雷码法各自的条纹级次，并得到对应的级次图和两者之间的误差；步骤5：验证结果：两灰度级格雷码法在子景深场景下的相位展开误差小，而三灰度级格码法和两灰度级格雷码法之间级次的误差相差小且相位展开的效果相差小。2.根据权利要求1所述的大景...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勐，蒋琦，陈西北，郑伟泽，焦俊勇，
申请(专利权)人：南京南暄禾雅科技有限公司，
类型：发明
国别省市：