相位校正方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质与流程

本发明涉及三维测量技术领域，特别是涉及一种相位校正方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术：

基于结构光照明的光学三维传感技术在工业检测、产品质量控制、机器视觉、即时定位与地图构建(slam)、影视特技和生物医学等领域有广泛的应用。相移条纹投影三维测量技术获取的数据密度高、测量精度高，是一种重要的光学三维传感技术。相位测量误差是测量系统的关键指标之一，直接关系到三维测量的精度。投影离焦的位移(相当于相移)罗琦光栅是实现高速测量方法之一，但是罗琦光栅含有丰富的谐波，影响相位测量精度。

传统地，通过对变形条纹图的测量相位进行低通滤波来校正测量相位，但是，该方法在滤除相位误差的同时模糊了物体形貌的细节。

技术实现要素：

本申请提供一种相位校正方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质，可以实现对变形条纹图的测量相位进行相位校正后，还可以保留物体形貌细节。

一种相位校正方法，所述方法包括：

获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位；

对所述变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，得到误差相位和近似相位；

获取所述误差相位的特性参数，并根据所述特性参数获取所述误差相位对应的误差幅度；

根据所述误差幅度以及所述近似相位对所述变形条纹图进行相位校正。

在一实施例中，所述对所述变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，得到误差相位和近似相位，包括：

获取所述变形条纹图的多个条纹，并获取每一条纹对应的测量相位；

对每一条纹的测量相位进行高通滤波处理，以获取每一条纹的测量相位对应的误差相位和近似相位。

在一实施例中，所述对每一条纹的相位进行高通滤波处理包括：

沿每一条纹的垂直方向对每一条纹的相位进行高通滤波处理。

在一实施例中，所述获取所述误差相位的特性参数，并根据所述特性参数获取所述误差相位对应的误差幅度包括：

获取所述误差相位的包络线；

根据所述包络线获取所述误差相位对应的误差幅度。

在一实施例中，所述获取所述误差相位的特性参数，并根据所述特性参数获取所述误差相位对应的误差幅度包括：

获取所述误差相位的频谱；

根据所述频谱获取所述误差相位对应的误差幅度。

在一实施例中，所述根据所述误差幅度以及所述近似相位对所述变形条纹图进行相位校正，包括：

根据投影光栅特点，建立变形条纹图的相位误差表达式；

将所述误差幅度以及所述近似相位代入所述相位误差表达式，计算得到所述变形条纹的相位误差；

根据所述相位误差对所述变形条纹图进行相位校正。

在一实施例中，所述将所述误差幅度以及所述近似相位代入所述相位误差表达式，计算得到所述变形条纹的相位误差包括：

根据所述误差幅度，获取每一条纹上每个像素点的第一误差幅度；

根据所述近似相位，获取每一像素点的第一误差幅度对应的第一近似相位；

根据所述第一误差幅度和所述第一近似相位，获取每一条纹上每一像素点的相位误差。

一种相位校正装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位；

高通滤波模块，用于对所述变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，以得到误差相位和近似相位；

第二获取模块，用于获取所述误差相位的特性参数，并根据所述特性参数获取所述误差相位对应的误差幅度；

相位校正模块，用于根据所述误差幅度以及所述近似相位对所述变形条纹图进行相位校正。

本申请还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本申请实施例提供的相位校正方法，通过获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位；对所述变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，得到误差相位和近似相位；获取所述误差相位的特性参数，并根据所述特性参数获取所述误差相位对应的误差幅度；根据所述误差幅度以及所述近似相位对所述变形条纹图进行相位校正，可以实现对变形条纹图的测量相位进行相位校正后，还可以保留物体形貌细节。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中提供的一种相位校正方法的流程图；

图2为一个实施例中提供的简单曲面的变形条纹图；

图3为图2中变形条纹图的误差相位的第300行频谱图；

图4为图2中变形条纹图第300行条纹的误差相位；

图5为图4中变形条纹图第300行条纹的误差相位的包络线；

图6为图2中变形条纹图校正前的相位；

图7为图2中变形条纹图校正后的相位；

图8为花盆的变形条纹图；

图9为图8中变形条纹图校正前的相位；

图10为图8中变形条纹图校正后的相位；

图11为一个实施例中提供的相位校正装置的结构示意图；

图12为一个实施例中电子设备的内部结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为一个实施例中提供的一种相位校正方法的流程图，如图1所示，相位校正方法包括步骤110至步骤140，其中，

步骤110，获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位。

投影仪将具有设定规律的条纹模板投影到被测物体表面，由于被测物体中各点深度的不同，使得条纹模板发生变形，产生变形条纹图，摄像机用于摄取由被测物体表面形状所调制的变形条纹图。

在满周期等间隔n步相移法中，摄像机拍摄的包含高次谐波的变形条纹图可以表示如下：

其中，r(x,y)为测量物体的表面反射率，m为谐波的最高次数，a(x,y)为包含环境光的背景光照，bj(x,y)为投影条纹的谐波幅度，为变形条纹的相位，δi＝2πi/n,i＝1,2,...,n,为相移量，n为总的相移步数。

变形条纹图的测量相位可以通过下式从变形条纹图中提取出来：

由于变形条纹图的测量相位在变形条纹图中的每一像素都是相同的提取方式，因此，为叙述简便，以下叙述均忽略像素的坐标。变形条纹图中，高次谐波导致的相位误差可以表示为：

其中，m属于任意整数。由上式可知，变形条纹图的测量相位仅与(m*n)±1次谐波有关。

步骤120，对变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，得到误差相位和近似相位。

在一实施例中，获取变形条纹图的多个条纹，并获取每一条纹对应的测量相位；对每一条纹的测量相位进行高通滤波处理，以获取每一条纹的测量相位对应的误差相位和近似相位。

每一幅变形条纹图均包含多行或多列条纹，首先获取多行或多列条纹，并针对每一条纹，沿每一条纹的垂直方向对其相位进行高通滤波处理。如图2所示，变形条纹图的条纹是近似垂直的，那么高通滤波是在测量相位图中一行一行做的，得到的是每一行上每一像素点的误差相位和近似相位。在投影条纹的垂直方向对变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，滤出变形条纹图的误差相位。同时将测量相位减去误差相位，得到接近理想相位的近似相位(该相位在滤除误差的同时模糊了物体形貌的细节)。可以理解的是，如果变形条纹图是垂直条纹，则对每一行条纹的相位进行高通滤波处理；如果变形条纹图是水平条纹，则对每一列条纹的相位进行高通滤波处理。设测量相位用表示，误差相位用表示，近似相位用表示，高通滤波器脉冲响应函数用h表示，这一过程可以用以下公式表示为：

步骤130，获取误差相位的特性参数，并根据特性参数获取误差相位对应的误差幅度。

误差相位的特性参数可以是误差相位的包络线；根据包络线获取误差相位对应的误差幅度。

误差相位的特性参数也可以是误差相位的频谱；根据频谱获取误差相位对应的误差幅度。

本实施例以误差相位的特性参数为误差相位的包络线为例进行说明。求得中每一行/列误差相位的包络线，得到包络线上每个像素点的误差幅度，从而可以计算出误差幅度。

步骤140，根据误差幅度以及近似相位对变形条纹图进行相位校正。

在一实施例中，根据投影光栅特点，建立变形条纹图的相位误差表达式；将误差幅度以及近似相位代入相位误差表达式，计算得到变形条纹的相位误差；根据相位误差对变形条纹图进行相位校正。

根据(3)式，高次谐波导致的相位误差可以近似表示为：

由此可知，变形条纹图的测量相位的相位误差为变形条纹图的m*n倍频周期的信号组合。

进一步的，用近似相位代替(5)式中的则有高次谐波导致的相位误差可以表示为：

通过求出近似相位和误差幅度cm，即可求出变形条纹图的相位误差

在一实施例中，根据误差幅度，获取每一条纹上每个像素点的第一误差幅度；每一幅变形条纹图均包含多行或多列条纹，且每一行或每一列条纹均包含多个像素点，可以首先获取每一行或每一列条纹中多个像素点的第一误差幅度，同理可获取变形条纹图中每一像素点的第一误差幅度。根据近似相位，获取每一像素点的第一误差幅度对应的第一近似相位；根据第一误差幅度和第一近似相位，获取每一条纹上每一像素点的相位误差。

对测量相位采用下式处理：

即将测量相位与求出的相位误差进行作差处理，从而可以得到校正后的相位

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本申请实施例中，采用罗琦光栅投影及3步相移法进行了实验。首先对测量的相位做高通滤波，同时得到包含误差的数据及与理想相位接近的低频信息；再对获得的误差数据进行分析，根据其频谱或包络线得到误差幅度；然后根据罗琦光栅谐波特点及对应的误差特点，利用低频信息对测量的相位进行校正。该方法在削弱了周期性误差，同时保留了物体形貌细节。

罗琦光栅是黑、白比例相同的二值光栅，对其投影图像做傅里叶展开可得：

其中，f0为罗琦光栅的基频，可见其只含奇次谐波。谐波次数越高，幅度越低。实际拍摄的变形条纹图只含有奇次谐波，即(1)式中j只取奇数。在采用满周期等间隔3步相移时，只有5,7,9,11,13,…次谐波对变形条纹图的测量相位有影响。由(5)式可知，测量相位的误差中只含有条纹6的整数倍频，即6,12,18,…倍频的周期性误差，误差幅值随倍频数增加降低。

罗琦光栅离焦投影相当于对投影的条纹图进行低通滤波，离焦量越大，高次谐波滤除得越多，同时条纹对比度也下降越多。变形条纹图的误差幅度与高次谐波的幅度有关。实际中，离焦后的条纹11次以上的高次谐波被滤除，只有7次以下的高次谐波产生相位测量误差(对应的相位测量误差频率为条纹的6倍频)。本实施例只考虑条纹6倍频的相位测量误差。离焦量一定时，对不同频率的罗琦光栅的高次谐波滤除量也不同。

首先测量了1个简单曲面(弯曲的a4纸)进行实验验证。图2是简单曲面的变形条纹图。图3是图2中变形条纹图的误差相位的第300行频谱图，可以看到主要是3，5，7次谐波。其中3次谐波对相位测量无影响，5，7次谐波产生6倍频相位误差。图4为图2中变形条纹图第300行条纹的误差相位，图5为图4中变形条纹图第300行条纹的误差相位的包络线。可以看出，不同位置由于离焦程度不同，误差幅值也是不同，无法用统一的校正参数进行校正。图6为图2中变形条纹图校正前的相位(这里显示的相位都是减去参考平面后的相位)，图7为图2中变形条纹图校正后的相位。从图6和图7可以看出，周期性误差被大大削弱。校正后相位标准偏差从0.102弧度降低到0.0328弧度，是原来的1/3左右。

在一实施例中，通过测量了1个花盆的变形条纹图来验证本实施例提供的相位校正方法的有效性。图8是花盆的变形条纹图，图9为图8中变形条纹图校正前的相位，图10为图8中变形条纹图校正后的相位。由图9和图10可以看出，花盆的变形条纹图的周期性误差被大大削弱。由此看出，本申请提供的相位校正方法是有效的。

本申请实施例提供的相位校正方法，通过获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位；对变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，得到误差相位和近似相位；获取误差相位的特性参数，并根据特性参数获取误差相位对应的误差幅度；根据误差幅度以及近似相位对变形条纹图进行相位校正，可以实现对变形条纹图的测量相位进行相位校正后，还可以保留物体形貌细节。另外，罗琦光栅投影系统中条纹宽度不同、离焦程度不同，谐波的比例也不同。传统地，在条纹周期不同，但谐波比例不变前提下，通过预先建立误差校正表格，通过查表进行相位校正。但是建立表格采用的条纹周期比测量时采用的条纹周期大得多，因此这种方法不适用对罗琦光栅投影系统中的相位校正。本申请实施例提供的方法可以对罗琦光栅投影系统中的变形条纹图进行相位校正，且本方法不需要增加位移次数，可以提高校正的速度。

图11为一个实施例中提供的一种相位校正装置的结构示意图，如图11所示，相位校正装置包括：第一获取模块1110、高通滤波模块1120、第二获取模块1130和相位校正模块1140，其中，

第一获取模块1110，用于获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位；

高通滤波模块1120，高通滤波模块1120用于对变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，以得到误差相位和近似相位；

在一实施例中，获取变形条纹图的多个条纹，并获取每一条纹对应的相位；

对每一条纹的相位进行高通滤波处理，以获取每一条纹的相位对应的误差相位和近似相位。

在一实施例中，沿每一条纹的垂直方向对每一条纹的相位进行高通滤波处理。

第二获取模块1130，用于获取误差相位的特性参数，并根据特性参数获取误差相位对应的误差幅度；

在一实施例中，第二获取模块1130获取误差相位的包络线；根据包络线获取误差相位对应的误差幅度。

在一实施例中，第二获取模块1130获取误差相位的频谱；

根据频谱获取误差相位对应的误差幅度。

相位校正模块1140，用于根据误差幅度以及近似相位对变形条纹图进行相位校正。

在一实施例中，相位校正模块1140根据投影光栅特点，建立变形条纹图的相位误差表达式；

将误差幅度以及近似相位代入相位误差表达式，计算得到变形条纹的相位误差；

根据相位误差对变形条纹图进行相位校正。

在一实施例中，相位校正模块1140根据误差幅度，获取每一条纹上每个像素点的第一误差幅度；

根据近似相位，获取每一像素点的第一误差幅度对应的第一近似相位；

根据第一误差幅度和第一近似相位，获取每一条纹上每一像素点的相位误差。

上述相位校正装置中各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将相位校正装置按照需要划分为不同的模块，以完成上述相位校正装置的全部或部分功能。

关于相位校正装置的具体限定可以参见上文中对于相位校正方法的限定，在此不再赘述。上述相位校正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本申请实施例中提供的相位校正装置中的各个模块的实现可为计算机程序的形式。该计算机程序可在终端或服务器上运行。该计算机程序构成的程序模块可存储在终端或服务器的存储器上。该计算机程序被处理器执行时，实现本申请实施例中所描述方法的步骤。

图12为一个实施例中计算机设备的内部结构示意图。如图12所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备的运行。存储器用于存储数据、程序等，存储器上存储至少一个计算机程序，该计算机程序可被处理器执行，以实现本申请实施例中提供的适用于计算机设备的无线网络通信方法。存储器可包括非易失性存储介质及内存储器。非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该计算机程序可被处理器所执行，以用于实现以下各个实施例所提供的一种相位校正的方法。内存储器为非易失性存储介质中的操作系统计算机程序提供高速缓存的运行环境。网络接口可以是以太网卡或无线网卡等，用于与外部的计算机设备进行通信。该计算机设备可以是移动终端、平板电脑或者个人数字助理或穿戴式设备等。

其中，上述提及的相位校正方法具体可以为：

获取摄像机拍摄的变形条纹图，并提取变形条纹图的测量相位；

对变形条纹图的测量相位进行高通滤波处理，得到误差相位和近似相位；

获取误差相位的特性参数，并根据特性参数获取误差相位对应的误差幅度；

根据误差幅度以及近似相位对变形条纹图进行相位校正。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。一个或多个包含计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，当计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，使得处理器执行相位校正方法的步骤。

一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行相位校正方法的步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。