【技术实现步骤摘要】
本公开涉及数字条纹投影轮廓术领域，具体涉及偏振条纹最优伽马计算方法、图像调制方法和系统。
技术介绍
1、数字条纹投影轮廓术（dfpp）是一种广为人知的非接触式三维测量技术其高度信息是由相移算法计算得到的。在数字条纹投影结构光系统中，投影仪和相机等电子装置的伽马效应都会产生非线性相位误差。现有的非线性校正方法一种是通过尽可能投影理想条纹的主动校正，另一种是捕获畸变条纹后的被动补偿。前者精度更高但需要捕获大量条纹图案，后者不需很多条纹图案，但是不仅受随机噪声和离焦效应影响极大，而且精度不佳。
2、被动方法在条纹图捕获后进行校正或者被动补偿相位误差。一种是通过提前标定好系统的误差幅值、系统伽马值等参数，但这种方法不仅需要繁琐的标定步骤，而且在实际的时变系统中，精度也极差。另一种方法无需复杂的提前标定，在测量过程中即可获得相应的系统参数。其中，peng提出了一种利用一种约束三次样条方法来计算补偿后的输入灰度值。zhang提出将特定谐波主动叠加在初始条纹图案上代替补偿检索到的3-d轮廓中的相位误差。babaei提出将条纹图案表示为指数函数，并建立了与伽马无关的相位计算的数学模型。jiang利用两频或多频条纹图案具有不同频率的序列，抑制条纹谐波。这种算法直接估计高阶谐波的系数扭曲的条纹图案。zheng提出建立一组具有已知投影条纹信息和未知非线性参数的方程，进而为捕获图像中的每个像素求解非线性响应参数，并获得系统响应的逆函数。该方法可以达到快速自校正，但是该方法的校正后相位非线性误差依旧很大。因此，这些方法虽然能在测量中确定所需系
3、主动校正方法试图投影出理想的正弦图案。一种是尝试通过离焦技术消除高频谐波来减轻非线性误差对条纹图案带来的影响，但是常常由于难以精确控制离焦度使得该方法对抑制非线性误差的效果往往难以与其他方法相提并论。另外一种是通过计算伽马值来预编码进图案中并投影出来。其中，yu提出基于包裹相位的概率分布函数（pdf）的伽马校正方法,该方法使用相关程序从模拟的pdf曲线中找到最相似的pdf曲线，进而估计出伽马值。但是该方法至少需要6幅条纹图，大大增加了测量时间。mu noz通过最小二乘法获取参考平面的估计相位，间接确定伽马因子。li结合交叉光栅相移轮廓术，提出了一种基于数学模型的双五步算法来抑制非线性。相较于投影24幅和18幅图案相比，该方法以较少的条纹图案实现了快速可靠的反向图案投影。但实际上依然至少需要投影10幅图案。wang提出投影两组不同预编码的图案并使用双响应曲线模型来拟合伽马校准曲线并计算伽马值，从而减小了伽马校准误差的影响。该方法精度较高并且即使在离焦环境下依旧有较好的校正效果，但是仍然需要两组至少6张投影图案才能实现校正。因此，主动预校准方法相对被动方法的精度上有了本质的提升，但是依旧很难实现高精度要求的同时达到最少的投影图案。
技术实现思路
1、本公开提供一种偏振条纹最优伽马计算方法、图像调制方法和系统，基于全局统计特征值(gspf)设计了一种鲁棒性的自适应的最优伽马计算方法，在投影仪离焦或者环境噪声影响下，用少量条纹图案就可以实现高精度校正。为解决上述技术问题，本公开提供如下技术方案：
2、作为本公开实施例的一个方面，提供偏振条纹最优伽马计算方法，包括如下步骤：
3、生成具有不同伽马值的偏振条纹图案，计算所述偏振条纹图案的全局统计特征值；基于全局统计特征值，得到损失函数最小时的全局统计特征值和伽马值的关系函数；
4、计算所述偏振条纹图案的全局统计特征值，包括：
5、所述全局统计特征值用于体现偏振条纹图案的包裹相位与最大熵理想条纹图像的包裹相位的差异；
6、全局统计特征值表示为：
7、，
8、其中，，i为0-k的自然数，为累积分布函数，
9、表示概率密度函数，表述概率密度函数的指导函数；
10、，为的归一化函数，表示为：
11、，，是第个采样点的pdf函数；
12、，其中，为相位最大值；
13、，
14、其中，，是采样点总数，表示概率，表示第个采样点对应的包裹相位；和分别是为最大值和最小值时的值；
15、获取拍摄的偏振图像，计算所述偏振图像包裹相位对应的实际全局统计特征值，将所述实际全局统计特征值代入所述关系函数计算伽马补偿值；
16、选取伽马补偿值附近的n个伽马值分别计算补偿相位，选择补偿相位后的相位信息熵最小的伽马值作为最优伽马值，其中n为不小于2的自然数。
17、可选地，所述损失函数为：
18、，
19、其中，表示样本集中按伽马值由小到大分类，排序为的一系列模拟条纹图案使用预测伽马进行补偿以后的图案，表示数据集中共有个伽马值多步相移条纹图案，表示理想条纹图案对应的最大熵。
20、可选地，基于全局统计特征值，得到损失函数最小时的全局统计特征值和伽马值的关系函数，包括：
21、，
22、其中，为伽马值，、、、、、分别为所述关系函数经过5次多项式拟合后对应次数自变量需要确定的系数；
23、表示五次多项式拟合中的自变量，、、、分别为第2次、第3次、第4次和第5次幂的项。
24、可选地，选择补偿相位后的相位信息熵最小的伽马值作为最优伽马值，包括：
25、根据最大离散熵定理选择，其中：
26、，为用伽马补偿值补偿相位后的相位信息熵，为理想条纹图案对应的最大熵与用伽马补偿值补偿相位后的相位信息熵的差。
27、作为本公开实施例的另一个方面，提供一种偏振条纹图像调制方法，将所述的方法中的最优伽马值用于调制所述偏振条纹图像。
28、作为本公开实施例的另一个方面，提供一种偏振条纹最优伽马计算系统，包括：
29、关系曲线拟合单元，生成具有不同伽马值的偏振条纹图案，计算所述偏振条纹图案的全局统计特征值；基于全局统计特征值，得到损失函数最小时的全局统计特征值和伽马值的关系函数；计算所述偏振条纹图案的全局统计特征值，包括：
30、所述全局统计特征值用于体现偏振条纹图案的包裹相位与最大熵理想条纹图像的包裹相位的差异；
31、全局统计特征值表示为：
32、，
33、其中，，i为0-k的自然数，为累积分布函数，
34、表示概率密度函数，表述概率密度函数的指导函数；
35、，为的归一化函数，表示为：
36、，，是第个采样点的pdf函数；
37、，其中，为相位最大值；
38、，
39、其中，，是采样点总数，表示概率，表示第个采样点对应的包裹相位；和分别是为最大值和最小值时的值；
40、伽马补偿值计算单元，获取拍摄的偏振图像，计算所述偏振图像包裹相位对应的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，所述损失函数为：
3.如权利要求2所述的偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，基于全局统计特征值，得到损失函数最小时的全局统计特征值和伽马值的关系函数，包括：
4.如权利要求2-3任一项所述的偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，选择补偿相位后的相位信息熵最小的伽马值作为最优伽马值，包括：
5.一种偏振条纹图像调制方法，其特征在于，将权利要求1-4任一项所述的方法中的最优伽马值用于调制所述偏振条纹图像。
6.偏振条纹最优伽马计算系统，其特征在于，包括：
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现：权利要求1至4任一项所述的偏振条纹最优伽马计算方法，或，权利要求5中所述的偏振条纹图像调制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现：权利要求1至4
...【技术特征摘要】
1.偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，所述损失函数为：
3.如权利要求2所述的偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，基于全局统计特征值，得到损失函数最小时的全局统计特征值和伽马值的关系函数，包括：
4.如权利要求2-3任一项所述的偏振条纹最优伽马计算方法，其特征在于，选择补偿相位后的相位信息熵最小的伽马值作为最优伽马值，包括：
5.一种偏振条纹图像调制方法，其特征在于，将权利要求1-4任一项所述的方法中的最优伽马...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝振敏，徐小凯，赵伟哲，熊俊杰，詹焱亮，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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