基于利薩茹橢圓擬合的兩步相移輪廓技術*

朱進進 吳雨祥 邵曉鵬

(西安電子科技大學物理與光電工程學院, 西安 710071)

相移輪廓術(phase shifting profilometry, PSP)至少需要三幀條紋圖提取物體的相位信息.在動態測量中, 減少條紋數有助于快速測量, 并且可以抑制運動物體存在的相移誤差.為了克服上述問題, 本文提出基于利薩茹橢圓擬合(Lissajous ellipse fitting, LEF)的兩步相移輪廓術, 針對條紋背景和調制度分布不均勻導致的LEF相位誤差, 給出了誤差抑制方法.實驗實現了基于LEF的兩步相移動態場景測量, 與多幀PSP相比,本文所述方法可以減少條紋幀數并且可抑制物體的運動導致的相移誤差.

1 引 言

相移輪廓術(phase shifting profilometry, PSP)由于具有非接觸、快速和高精度的性能被廣泛應用到物體的三維測量中[1?4].同時, 它也被廣泛應用到其他領域[5?9], 如在線檢測、人臉識別、逆向工程和文物保護.然而, PSP通常需要至少3幀條紋圖提取物體的相位, 因此, 該技術會不可避免地降低時間效率.另外, 在實際的PSP系統, 當測量動態物體時, 由于PSP對運動的物體比較敏感, 因此,物體在條紋圖中的位置不同將會導致相移誤差, 進而影響物體的相位測量精度.

PSP在動態測量中的相位誤差問題是近幾年PSP領域內的熱點問題[10?12], 2018年, Liu等[13]通過利用投影儀的針孔模型, 確定了運動物體引入的相移誤差, 并進行補償以精確的重建物體的三維(three dimensional, 3D)形貌.同年, Wang等[14]建立了相位誤差模型, 并應用Hilbert算法對條紋圖進行 π /2 相移, 并提取相位以補償原相位.Feng等[15]推導了物體在條紋圖之間的相移量與相位的關系式, 通過……