条纹投影三维测量相位展开方法

1、条纹投影三维测量条纹投影三维测量相位展开方法相位展开方法条纹投影三维测量的流程条纹投影三维测量的流程 对投影到被测物体表面的条纹图进行采集 通过计算采集到条纹图上点的相位得到折叠相位图(方法:相移法、傅里叶变换法、小波变换法等) 将折叠相位图展成展开相位图(方法:空间相位展开、时间相位展开、相位跟踪等) 通过已标定好的系统根据展开相位图得到采集的条纹图上每一点的深度，从而获得深度图像(标定方法：多项式法、求解参数法、模型法等) 将各个视角的采集的图像进行匹配从而得到它们之间的关系，再进行视图合成得到物体的整个三维模型相位展开相位展开(PU)(PU)分类分类 相位截断现象是所有基于相位测量的条纹

2、分析技术都难以克服的问题。相位测量方法都使用反正切函数计算相位，这样只能返回-到+之间的相位值，也就是说相位被截断了。为了重建连续相位分布，必须进行相位展开。 PU算法大体上分为两大类：空域相位展开和时域相位展开。 空域展开只采用一幅折叠相位图，通过分析空域相邻元素之间的相位值，根据相位连续性适当调整折叠相位值，恢复出连续的相位分布；而时域相位展开是将不同分辨力的折叠相位图沿时间轴展开。空间相位展开空间相位展开 空间相位展开的一般过程是沿截断相位数据矩阵的行或列方向，比较相邻两个点的相位值，如果差值小于- ，则后一点的相位值应加上2;如果差值大于 ，则后一点的相位值应减去2。 一般的空间相位展

3、开过程是一个逐点扫描的积分累加过程，这样的算法使一点的误差向后逐点传播。在实测得到的截断相位图中，存在有噪声、阴影以及间断点(一般是由被测物体表面不连续引致)，这些无效点都会使一般的相位展开方法失败或使误差传播。 在这种情况下，沿时域展开相位将是最佳选择。一维空间相位展开的过程一维空间相位展开的过程时间相位展开时间相位展开 其基本思想是使光栅条纹的频率随着时间而变化。光栅投影图像可以认为是一个时间轴上的序列，记录下的一系列的相位图形成测量空间内的一个三维的相位分布，每一像素点的相位沿着时间轴进行相位展开。 由于时间相位展开方法并不在二维相位图中寻找展开路径，而是沿着时间轴分别对每一个像素进行相

4、位展开，从而实现了各像素点相互独立的相位展开，因此，边界以及信噪比较低区域不会影响其它较好的数据点，也即从算法上避免了空间相位展开中误差传播的发生。线性时间相位展开线性时间相位展开时间相位展开与空间相位展开的区别时间相位展开与空间相位展开的区别 空间维只要利用某个t时刻的4幅相移图就可以相位展开，而时间维则需要多个时刻的相移图才能相位展开，因此时间维算法需要较长时间才能采集完成，但它也因此具有更多的原始信息。 时间相位展开的一般过程时间相位展开的一般过程时间相位展开过程的三个步骤：解出每套条纹投影后的截断相位图w(m,n,t);求两套条纹投影后相邻两幅图像同一点的展开相位差及2的不连续数：总的

5、展开相位差为：(m, n)表示坐标点,每一套条纹投影后，其折叠相位可由普通相位检测方法得到(傅里叶变换、小波变换、相移等)。线性时间相位展开线性时间相位展开w(m,n,t,t-1)( , , ,1)2d m n t tNINTwww(m,n,t,t-1)(m,n,t)-(m,n,t-1)1( , , )( , , ,1)stm n sd m n t t总的2不连续数为：( , , )mnsuuuu(m,n,s)-(m,n,0) (m,n,s)-(m,n,0)-2时间相位展开方法时间相位展开方法Zhao等人采用的双频光栅法，将两种不同周期的光栅(其中一个光栅只有一个条纹)分别投影到物体表面，即测

6、量两套不同灵敏度的相位图；在Li提出的双频光栅的相位展开方法中，两种不同周期的条纹做在同一块光栅上，使投影系统简化，当然这种空域复用的办法是以降低条纹的对比为代价的。Xie等人先后提出的绝对莫尔法和交叉光栅法，绝对莫尔法是通过改变光栅的旋转角度来进行测量的，选择不同光栅周期和不同的旋转角度可达到不同的测量范围。交叉光栅法是将交又光栅(两个成一定角度的光栅交叉形成)投影到物体上，经傅里叶变换和频域分离后可得到两个图像，这和采用两套不同频率的光栅是得到的效果一样的，但该方法可使投影系统简化。时间相位展开方法时间相位展开方法3. 郝煌栋和李达成等提出的非线性小数重合法，采用了两套不同频率的光栅，增加

7、了系统的复杂性，但提高了条纹图像的信噪比。4. Nadebonr等人提出的绝对相位测量法，是投影几对倾斜光栅，每一对光栅形成一个有效的不同空间频率的莫尔条纹，因此该方法也可以归类为时间相位展开方法。5. BurtonnadLalor提出的多频傅里叶条纹分析法要求向物体表面基于时间相位展开的三维轮廓测量研究投射多于一种频率的条纹，这些频率条纹的不同空间频率带宽可使它们在傅里叶变换的频域中完全分开，因此从本质上来说，它也是时间相位展开方法。 时间相位展开的应用前景时间相位展开的应用前景 时间相位展开方法的主要优点是简单，并且可以很容易准确测量表面不连续物体的轮廓；它不仅可用于静态物体的轮廓测量当中，还可以用于物体实时动态测量，即实时的相位展开。 它不但被应用于散斑干涉系统与剪切干涉领域中，还被用于波长扫描干涉术、