三维光栅测量系统中测量误差的若干问题研究

摘要

我们生活的世界是一个三维空间,但现在一般仪器如摄像机等获取的只是物体的二维信息,丢失了物体的深度信息,因此为了获得含有物体深度信息的三维立体图像,三维测量技术被不断的研究和发展。光栅投影法是三维测量技术中一种重要的方法,它是通过向物体表面投射预先设计好的光栅条纹,经过物体表面调制,拍摄获取的变形光栅条纹中包含物体的深度信息,最后通过处理获取的光栅图像来计算出物体三维的形状、位置和姿态。在整个三维光栅测量过程中,变形光栅图像中相位信息的求取是至关重要的,它直接影响着物体三维重构的精度。本文在研究了大量相关技术和文献的基础上,从测量的准确性和实时性入手,对相移误差及物体相位的求取进行了重点研究,所做工作包括以下两个方面:
　　 (1)三维光栅测量技术中相移误差补偿算法设计。对相移误差的校正一直是三维光栅测量技术的一个重要方面,尽可能的减少或对相移误差进行补偿将提高三维测量的精度。本文提出一种新的相移误差补偿算法,该算法建立在对相移误差分析的基础之上,利用误差比较小时的三角近似关系提出的,因此在误差比较小时,能够有效消除相移误差。本算法是以相邻三个相位点为研究对象,利用正弦投影条纹中相邻像素点间相位差的相等性这种特点,提取相移误差,并将求取的相移误差代入相移公式中进行误差补偿,实验证明了这种误差提取算法能有效的提高了三维测量的精度。
　　 (2)基于条纹幅度调制的解相位方法。三维光栅测量的另一个重要方面是准确获取光栅条纹图的相位主值,再将相位主值恢复为全场完整的相位场。因此,如何快速准确的获取可靠的全场相位值是提高基于相位法的三维测量系统的关键问题之一。本文提出基于条纹幅度调制的解相位方法,通过分别对四幅基本相移图加入幅度调制值,生成周期条纹图,再根据所设计的光栅条纹之间的关系,分别计算出含幅度调制值的第4幅相移图,将其与实际测量得到的第4幅相移图相减,可得到4幅0值条纹图,根据0值条纹图即可确定主值相位的阶次,最后进行解相位。实验证明这种解相位算法有效的提高了三维测量的实时性和准确性。