基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法及设备

技术特征：
1.一种基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，包括：步骤1：调整相机和投影仪至预定位置并固定，使投影仪光轴尽量处在视场中心位置，搭建平台由ccd相机、dlp投影仪、服务器和被检测零件构成；步骤2：由计算机生成一幅灰度图和24幅正弦条纹图，通过投影仪投射至均质白板表面，并由ccd相机采集灰度图和正弦条纹图案；步骤3：对采集的图像序列进行处理，对投影靶面范围内各像素点的相位主值误差进行标定，计算出一个周期内的相位误差；步骤4：根据相机采集的灰度图和条纹图，对投影靶面内靠近靶心的某一行每隔50个像素点取一点，对所述一点的伽马值和灰度值进行求取结果；步骤5：根据像素点伽马值与相位误差之间关系以及伽马值与采集灰度值之间的关系建立区域分割算法，完成投影靶面的区域分割；步骤6：根据概率分布函数建立分区域校正模型进行不同区域的预编码伽马值的计算；步骤7：在计算出各分区域的伽马值之后，需要在投影仪投影前对系统的伽马值进行一个预校正，进行相机投影仪的坐标匹配，将相机像平面坐标系下的分区像素簇映射至投影仪像素坐标系上；步骤8：将不同区域的预编码伽马值生成最终的投影条纹图；采用无任何补偿以及不同的补偿方法对标准白板投射条纹图，并通过相机进行采集；步骤9：对图像的绝对相位的进行测量。2.根据权利要求1所述的基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，所述正弦条纹图案，包括：其中,a(x,y)为背景光强，b(x,y)为调制光强，为包裹相位，δ
n
＝2πn/n为n步相移法的相移量，n取值从0到n-1,i
n
(x,y)为正弦条纹图案。3.根据权利要求2所述的基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，所述计算出一个周期内的相位误差，包括：其中，为相位误差，为测量相位，为理想相位。4.根据权利要求3所述的基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，所述对所述一点的伽马值和灰度值进行求取结果，包括：i
nc
(x,y)＝r(x,y)i
γn
(x,y) i0其中，i
nc
(x,y)为相机采集灰度值，i
γn
(x,y)为投影灰度值，r(x,y)为物体表面像素点的反射率，i0为环境光强，γ为系统伽马值。5.根据权利要求4所述的基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，步骤5的具体步骤包括：步骤5.1：条纹图案被系统产生的伽马值扭曲，使之产生高次谐波效应；其中，a为直流分量，b
k
为第k阶谐波系数；步骤5.2：获取相位误差在n次谐波下求解得到：
步骤5.3：b1大于0，采用b1对等式进行归一化处理，则可将相位误差模型表示为：其中，g
mn-1
、g
mn 1
为与γ值有关的多项式系数，m为常数；步骤5.4：g
k
与伽马值推导出关系为则得到相位误差与系统伽马值的关系为：步骤5.5：对i
nc
(x,y)＝r(x,y)i
γn
(x,y) i0两边同时求导可得：δi
nc
＝k ln i
np
(i
np
)
δγ
步骤5.6：当伽马值变化为0.02时，相应的灰度值最大改变量为20，并得出此时相应相位误差最大值的改变量为0.01。6.根据权利要求5所述的基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，步骤6的具体步骤，包括：步骤6.1：概率分布函数表示为：其中，m表示一个周期内采样点的总数，为正整数，m＝0,1
…
m-1，表示第m个采样点，表示采集条纹图的相位主值；步骤6.2：概率分布函数即是计算受到畸变后解算的相位主值与标准相位主值所占区间的差值的大小，若取较小区域，则相位主值曲线所占的梯形面积可近似为长方形，则概率分布函数表示为：其中，x表示区间所占像素点的个数；步骤6.3：根据所分割区域求取的相位主值计算该分区的概率分布曲线，后对该区域所处的伽马值范围[γ
11
,γ
12
]，通过计算机模拟生成γ∈[γ
11
,γ
12
]的概率分布函数的一个拟合计算，后通过最小二乘法拟合该区域实际测量得到的概率分布函数与模拟生成的伽马值的概率分布函数，拟合公式为：其中，f为测量区域的概率分布函数值，f
γi
为计算机模拟生成的概率分布曲线所计算的函数值，γi∈[γ
11
,γ
12
]。7.根据权利要求6所述的基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法，其特征在于，
所述将相机像平面坐标系下的分区像素簇映射至投影仪像素坐标系上，包括：所述将相机像平面坐标系下的分区像素簇映射至投影仪像素坐标系上，包括：其中，任一点p
c
(u
c
,v
c
)的绝对相位沿着垂直和水平方向分别进行线性插值计算，记为和(u
p
,v
p
)为对应投影仪平面坐标系上像素点坐标，v和h是投影条纹图宽度和高度，t是条纹的最大周期整数。8.一种基于概率分布函数的分区域相位误差补偿装置，其特征在于，包括：第一主模块，用于实现步骤1：调整相机和投影仪至预定位置并固定，使投影仪光轴尽量处在视场中心位置，搭建平台由ccd相机、dlp投影仪、服务器和被检测零件构成；第二主模块，用于实现步骤2：由计算机生成一幅灰度图和24幅正弦条纹图，通过投影仪投射至均质白板表面，并由ccd相机采集灰度图和正弦条纹图案；第三主模块，用于实现步骤3：对采集的图像序列进行处理，对投影靶面范围内各像素点的相位主值误差进行标定，计算出一个周期内的相位误差；第四主模块，用于实现步骤4：根据相机采集的灰度图和条纹图，对投影靶面内靠近靶心的某一行每隔50个像素点取一点，对所述一点的伽马值和灰度值进行求取结果；第五主模块，用于实现步骤5：根据像素点伽马值与相位误差之间关系以及伽马值与采集灰度值之间的关系建立区域分割算法，完成投影靶面的区域分割；第六主模块，用于实现步骤6：根据概率分布函数建立分区域校正模型进行不同区域的预编码伽马值的计算；第七主模块，用于实现步骤7：在计算出各分区域的伽马值之后，需要在投影仪投影前对系统的伽马值进行一个预校正，进行相机投影仪的坐标匹配，将相机像平面坐标系下的分区像素簇映射至投影仪像素坐标系上；第八主模块，用于实现步骤8：将不同区域的预编码伽马值生成最终的投影条纹图；采用无任何补偿以及不同的补偿方法对标准白板投射条纹图，并通过相机进行采集；第九主模块，用于实现步骤9：对图像的绝对相位的进行测量。9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至7任一项权利要求所述的方法。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至7中任一项权利要求所述的方法。

技术总结
本发明提供了一种基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法及设备。所述方法包括：步骤1至步骤9。本发明通过对硬件造成的相位误差进行补偿，能够很好的提高测量精度，分区域流程简单，具有计算量小，拟合速度快的特点，并且在保证具有较高精度的分区前提下，可有效提高不同区域下相位误差补偿的精度和效率，对于根据测量精度已分区域的像素簇，通过概率分布函数计算出该区间内最佳的预编码伽马值，计算速度快并且准确性高。速度快并且准确性高。速度快并且准确性高。


技术研发人员：冯维 王守桐 徐仕楠 范家豪 赵振宇 李杨志 叶忠辉
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2022.05.09
技术公布日：2022/7/22