【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维测量领域，尤其涉及一种高效条纹编解码方法、装置、电子设备及存储介质。
技术介绍
1、条纹投影轮廓测量术是工业检测、智能制造和逆向工程等高精度工业测量场景普遍采用的三维测量方法。其基本流程是：通过投影仪投影一系列正弦条纹图案到待测物体表面，通过相机拍摄形变后的条纹并提取相位信息，根据提取的相位建立相机与投影仪的像素匹配，从而计算三维坐标。然而，由于条纹解码计算需要用到反正切函数，仅能得到被截断在(-π,π)之间的包裹相位。通过截断的包裹相位恢复绝对相位的过程，即相位展开(或相位解缠绕、相位解包裹)。提高编码条纹频率是提升三维测量精度的重要因素，提取的相位被高度包裹化，因此，相位展开是条纹投影三维测量的核心步骤。
2、现有相位展开方法主要包括空间相位展开方法、时间相位展开方法、基于复合条纹的方法和基于几何约束的方法，然而，现有的这些方法难以同时满足高精度、高效率和高测量范围的要求。参见图1，基于多频相移条纹的时间相位展开方法是目前最广泛应用的方法之一，核心思想是利用额外的低频相位计算高频包裹相位的相位级次，从而对其进行展开。以双频相位展开为例，投影具有不同频率的正弦条纹序列，高频和低频分别记为fh和fl，根据条纹序列直接提取的高频和低频相位分别记为φh和φl，将对应绝对相位记为φh和φl，则下式成立：
3、φh＝φh+2πkh (1)
4、φl＝φl+2πkl (2)p>
5、其中kh和kl分别是高频和低频包裹相位的相位级次。实际应用中，低频条纹的频率为1，相位在2π范围内，因此不存在歧义性。因此，可以使用低频相位计算高频包裹相位的条纹级次：
6、
7、然后将计算结果代入式(1)，即可得到最终的高频展开相位，并用于后续的三维形状计算。因此，能否正确计算高频条纹级次是测量准确性的决定性因素。然而，现实应用中由于传感器噪声和振动等因素的影响，所求解的高频和低频相位中不可避免地存在噪声。由式(3)可知，计算相位级次的过程中，低频相位中的噪声存在放大现象，放大倍率为fh/fl。当高频条纹的频率较高时，噪声放大倍率较高，导致条纹级次计算错误，从而产生错误的测量结果。
8、为解决这一问题，传统时间相位展开方法通常增加额外频率的条纹序列，在原有高频和低频条纹外，额外增加中频条纹，通过低频相位展开中频相位，再用展开后的结果进一步展开高频条纹，从而降低噪声放大倍率。然而，额外条纹进一步降低了测量效率。噪声放大倍率过高的问题同样存在于基于复合条纹的相位展开方法中，这些方法通常将额外的低频信号嵌入原有条纹中，通过提取低频信号展开高频包裹相位，然而，由于嵌入低频信号和高频包裹相位的频率比过高，导致相位展开不稳定。
技术实现思路
1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本专利技术的目的在于提供一种用于精密三维测量的高效条纹编解码方法、装置、电子设备及存储介质。
2、本专利技术所采用的第一技术方案是：
3、一种高效条纹编解码方法，包括以下步骤：
4、根据条纹参数生成编码条纹序列；
5、根据标定参数生成用于中频相位展开的参考相位；
6、获取带有编码条纹序列的图像信息，根据图像信息计算包裹相位和空变相移；
7、根据参考相位将空变相移恢复成中频包裹相位；
8、根据参考相位对中频包裹相位进行相位展开，并获取最终的展开相位，用于三维计算。
9、进一步地，所述条纹参数包括：条纹均值、条纹幅值、编码相位和循环空变相移。
10、所述编码条纹序列的表达式为：
11、i0(u,v)＝i′+i″cos[φ(u,v)-α(u,v)]
12、i1(u,v)＝i′+i″cos[φ(u,v)-α(u,v)+π/2]
13、i2(u,v)＝i′+i″cos[φ(u,v)+α(u,v)+π]
14、i3(u,v)＝i′+i″cos[φ(u,v)+α(u,v)+3π/2]
15、式中，i′和i″分别是条纹均值和条纹幅值；i0(u,v)、i1(u,v)、i2(u,v)和i3(u,v)分别为所拍摄的第1、2、3、4张图片中(u,v)像素的强度值；φ(u,v)是编码相位；(u,v)是循环空变相移。
16、进一步地，所述编码相位φ(u,v)的表达式为：
17、φ(u,v)＝2πu/λh
18、式中，λh是高频编码相位的波长；
19、所述循环空变相移α(u,v)由中频相位转换而来：
20、假设中频相位的等效波长为λm，则中频相位可表示为：
21、φm(u,v)＝2πu/λm
22、所述循环空变相移的表达式为：
23、
24、wrap(φm(u,v))＝φm(u,v)mod 2π
25、式中，ku表示中频相位的等效条纹级次。
26、进一步地，所述根据标定参数生成用于中频相位展开的参考相位，包括：
27、根据结构光成像模型，有下式成立：
28、sc[uc,vc,1]t＝pc[xw,yw,zw,1]t
29、sp[up,vp,1]t＝pp[xw,yw,zw,1]t
30、式中，sc和sp是比例因子，uc,vc是相机像素坐标，up,vp是投影像素坐标，xw,yw,zw是三维空间坐标，pc,pp是相机和投影仪的标定参数；
31、以距离相机中心距离为zref的平面作为参考平面，将zref代入上式，结合空变相移等效波长确定参考相位。
32、进一步地，所述根据图像信息计算包裹相位和空变相移，包括：
33、对于任意相机像素(uc,vc)，通过下式计算包裹相位：
34、
35、通过下式计算空变相移：
36、
37、进一步地，所述根据条纹参数和空变相移，将包裹相位恢复成中频包裹相位，包括：
38、基于空变相移，将参考相位的条纹级次kref(u)相同的所有值组成集合
39、对于每个集合，根据参考相位的条纹级次的奇偶性分别确定相位最大值坐标或最小值
40、根据集合中每个元素与最大值坐标或最小值坐标的关系将集合分成两个子集l(kref)和r(kref)；
41、根据参考相位的条纹级次的奇偶性对子集进行处理，获得中频包裹相位。
42、进一步地，所述根据参考相位对中频包裹相位进行相位展开，并获取最终的展开相位，包括：
43、使用参考相位计算中频包裹相位的条纹级次；
44、根据计算获得的条纹级次对中频包裹相位进行展开，根据展开后的中频相位进一步展开高频包裹相位，得到最终的展开相位。
45、本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效条纹编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述条纹参数包括：条纹均值、条纹幅值、编码相位和循环空变相移；
3.根据权利要求2所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述编码相位Φ(u,v)的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据标定参数生成用于中频相位展开的参考相位，包括：
5.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据图像信息计算包裹相位和空变相移，包括：
6.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据条纹参数和空变相移，将包裹相位恢复成中频包裹相位，包括：
7.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据参考相位对中频包裹相位进行相位展开，并获取最终的展开相位，包括：
8.一种高效条纹编解码装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至7任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种高效条纹编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述条纹参数包括：条纹均值、条纹幅值、编码相位和循环空变相移；
3.根据权利要求2所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述编码相位φ(u,v)的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据标定参数生成用于中频相位展开的参考相位，包括：
5.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据图像信息计算包裹相位和空变相移，包括：
6.根据权利要求1所述的一种高效条纹编解码方法，其特征在于，所述根据条纹参数和空变相移，将包裹相位恢复成中频包裹相位，包括：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭明奎，曾景辉，杜卿，
申请(专利权)人：超级机器人研究院黄埔，
类型：发明
国别省市：
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