改进的三频三步相移结构光三维重建方法.docx
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改进的三频三步相移结构光三维重建方法 本文介绍了一种改进的三频三步相移结构光三维重建方法,旨在提高系统的整体效率和测量速度。该方法继承了传统三频三步算法的优势,同时减少了投影图像的数量,提高了系统的投影效率。 结构光三维测量技术主要有散斑结构光投影法和条纹投影轮廓术两种。散斑结构光投影技术可以通过投影单帧散斑图案来获得物体三维形貌,但是单目散斑结构光对散斑投射器具有很高要求,且匹配结果受到光学系统离焦、物体表面反射率、分辨率、畸变等多种因素影响,从而影响重建精度。 条纹投影轮廓术主要有傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profilometry,FTP)和相移测量轮廓术(Phase Shifting Profilometry,PSP)两种典型方法。FTP 方法通常采用单张编码图像求解相位并重建,但是空间信息的使用使其对表面不连续的物体难以精确重建。PSP 方法需要采用多张条纹编码图像,具有稳定性好、精度高等特点,但存在投影效率低的问题。 为了获取包裹相位,大量的算法被提出,包括标准 NN 帧相移算法、多频外差相移算法等。其中,标准 NN 帧相移算法对任意阶次的谐波噪声不敏感以及对图像获取设备的非线性响应具有极佳的抑制作用,被广泛用于获取包裹相位。 为了提高系统测量的速度,采用三步相移算法是一个合适的选择。当获取了包裹相位后,为了得到全场范围不重复的相位值,需要对相位进行展开。多频外差的方法被广泛用来进行相位展开,通过这种方法获取展开相位具有精度高,能抵抗多种不同的误差源的优点。 本文提出了一种改进的三频三步相移算法,该方法在继承原有算法优势的基础上,提高了系统的整体效率。该方法需要 3 种频率的正弦条纹图,但条纹图数量只需 5 张,即最高频率光栅图 3 张,另外两种频率的各 1 张。该算法首先通过 3 种频率中最高频率的 3 张图像,应用三步相移算法得到精度最高的包裹相位。其次将最高频率的 3 张图像计算出背景光强和调制光强,代入剩下两张条纹图即可得到另外两个频率的三角包裹相位。最后将最高频率的 3 张图像求得的包裹相位进行相位展开得到展开相位,从而进行三维重建。 实验结果证明了该算法在有效提高测量速度的同时保证了与传统三频三步算法一致的精度和适应性。该方法可以应用于三维重建、机器视觉、计算机图形学等领域。
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