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专利号: 2020108769205
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.高反光物体三维面型测量方法,其特征在于,包括:S1、生成两组周期不同的理想正弦光栅,每组中包括两幅周期相同、初始相位差为 的理想正弦光栅;

S2、构建可以移动的单显示屏单相机测量系统,设置显示屏与参考平面平行,且与参考平面的距离为d;参考平面在所述相机的景深范围内;

S3、利用步骤S1生成的四幅理想正弦光栅计算被测物体表面的绝对相位φ(x,y);

S4、对测量系统进行第一次标定,计算参考平面的绝对相位φr(x,y);

S5、平移显示屏,使显示屏与参考平面仍平行,且与参考平面的距离为d+△d;重复步骤S3,计算被测物体表面的绝对相位φ′(x,y);

S6、对测量系统进行第二次标定,计算参考平面的绝对相位φ′r(x,y);

S7、得到待测物体表面到参考平面的深度值h(x,y):所述步骤S3包括:

S31、将步骤S1生成的四幅理想正弦光栅由显示屏分别投射到被测物体表面,用相机采集大小为W×H的变形光栅条纹图像;采用四步相移法分别获取主值相位和

S32、计算每组变形光栅条纹图像的主值相位平均值:其中Φ1(x,y)为变形光栅条纹图像中第一组理想正弦光栅主值相位的平均值;Φ2(x,y)为变形光栅条纹图像中第二组理想正弦光栅主值相位的平均值;

S33、计算被测物体表面的绝对相位:其中Φ12(x,y)为两组变形光栅条纹图像的相位差:

2.根据权利要求1所述的高反光物体三维面型测量方法,其特征在于,所述步骤S1包括:

S11、利用计算机生成大小均为M行N列、周期分别为λ1和λ2两组标准正弦光栅图像P1、P′1和P2、P′2;其中P1和P′1的周期均为λ1,相位差为 P2和P′2的周期均为λ2,相位差为 λ2>λ1;

S12、P1、P′1、P2和P′2分别经过Bayer有序抖动方法生成二值抖动光栅图像G1、G′1、G2和G′2;

S13、G1、G′1、G2和G′2分别经过投影仪散焦系统生成理想正弦光栅Q1、Q′1、Q2和Q′2。

3.根据权利要求1所述的高反光物体三维面型测量方法,其特征在于,所述步骤S4具体包括:

S41、参考平面上设置平面反射镜,将步骤S1生成的四幅理想正弦光栅由显示屏分别投射到平面反射镜上,用相机采集平面反射镜上大小为W×H的反射光栅条纹图像;采用四步相移法分别获取主值相位 和

S42、计算每组反射光栅条纹图像的主值相位平均值:其中Φr1(x,y)为反射光栅条纹图像中第一组理想正弦光栅主值相位的平均值;Φr2(x,y)为反射光栅条纹图像中第二组理想正弦光栅主值相位的平均值;

S43、计算平面反射镜的绝对相位:其中Φr12(x,y)为两组反射光栅条纹图像的相位差:

4.高反光物体三维面型测量设备,其特征在于,包括:单显示屏单相机测量系统、二值抖动光栅图像生成模块、投影仪、绝对相位计算模块、测量系统标定模块、待测物体表面深度计算模块;所述单显示屏单相机测量系统包括显示屏、相机、导轨、被测物体放置装置;

所述二值抖动光栅图像生成模块用于生成两组周期不同的理想正弦光栅,每组中包括两幅周期相同、初始相位差为 的理想正弦光栅;

所述投影仪用于对二值抖动光栅图像进行散焦处理,得到理想正弦光栅;

所述单显示屏单相机测量系统中的显示屏用于将理想正弦光栅投射到被测物体表面或参考平面;

所述单显示屏单相机测量系统中的相机用于采集被测物体表面的变形光栅条纹图像或参考平面的反射光栅条纹图像;

所述单显示屏单相机测量系统中的导轨用于平移显示屏;

所述单显示屏单相机测量系统中的被测物体放置装置用于放置被测物体;

所述绝对相位计算模块用于根据相机采集的被测物体表面的变形光栅条纹图像计算被测物体表面的绝对相位;

所述测量系统标定模块用于根据相机采集的参考平面的反射光栅条纹图像计算参考平面的绝对相位;

所述待测物体表面深度计算模块用于计算待测物体表面到参考平面的深度值;

所述绝对相位计算模块计算被测物体表面的绝对相位的步骤为:S31、将经过投影仪散焦系统生成的四幅理想正弦光栅由显示屏分别投射到被测物体表面,用相机采集大小为W×H的变形光栅条纹图像;采用四步相移法分别获取主值相位和

S32、计算每组变形光栅条纹图像的主值相位平均值:其中Φ1(x,y)为变形光栅条纹图像中第一组理想正弦光栅主值相位的平均值;Φ2(x,y)为变形光栅条纹图像中第二组理想正弦光栅主值相位的平均值;

S33、计算被测物体表面的绝对相位:其中Φ12(x,y)为两组变形光栅条纹图像的相位差:

5.根据权利要求4所述的高反光物体三维面型测量设备,其特征在于,所述二值抖动光栅图像生成模块生成二值抖动光栅图像的步骤为:S11、利用计算机生成大小均为M行N列、周期分别为λ1和λ2两组标准正弦光栅图像P1、P′1和P2、P′2;其中P1和P1′的周期均为λ1,相位差为 P2和P′2的周期均为λ2,相位差为 λ2>λ1;

S12、P1、P′1、P2和P′2分别经过Bayer有序抖动方法生成二值抖动光栅图像G1、G′1、G2和G′2。

6.根据权利要求4所述的高反光物体三维面型测量设备,其特征在于,所述测量系统标定模块计算参考平面的绝对相位的具体步骤为:S41、参考平面上设置平面反射镜,将经过投影仪散焦系统生成的四幅理想正弦光栅由显示屏分别投射到平面反射镜上,用相机采集平面反射镜上大小为W×H的反射光栅条纹图像;采用四步相移法分别获取主值相位 和S42、计算每组反射光栅条纹图像的主值相位平均值:其中Φr1(x,y)为反射光栅条纹图像中第一组理想正弦光栅主值相位的平均值;Φr2(x,y)为反射光栅条纹图像中第二组理想正弦光栅主值相位的平均值;

S43、计算平面反射镜的绝对相位:其中Φr12(x,y)为两组反射光栅条纹图像的相位差: