44] 将一正弦（或罗奇）光栅投影到参考平面8上，通过C⑶记录其光强分布；然后再 投影到待测物体9表面，当物体处于动态变化过程中时，用CCD快速记录一系列的变形条纹 图像，从中就可以恢复出动态物体的三维面形分布。
[0045] 采用正弦光栅投影时，参考平面上的光强分布为：
[0046] g〇 (x,y) =a(x,y)+b(x,y)cos[2nf0x+ <i>0(x,y) ] (1)
[0047] 式中a(x，y)表示背景光强，b(x，y)表示参考平面非均匀反射率，&为光栅像的空 间频率，巾(!(x，y)是光栅像的初始相位分布。
[0048] 通过C⑶快速摄像所获取的变形条纹图的强度分布为：
[0049]g(x,y,t) =a(x,y,t)+b(x,y,t)cos[2itf0x+ <i> (x,y,t) ]t=t1；t2, ???T(2)
[0050] 其中t表示第t帧，与时间相对应，T为整个动态过程的总摄像帧数，a(x,y,t)表 示第t帧时的背景分布，b(x，y，t)表示第t帧时物体表面非均匀的反射率，(i) (x，y，t)是受 物体高度调制的相位，包含物体的高度信息。
[0051] 为了消除物体表面非均匀反射率的影响，单独获得巾（x，y，t)的值，令：
[0052]
(3)
[0053] 根据欧拉公式，（2)式可以改写为：
[0054] g(x,y,t) =a(x,y,t)+q(x,y,t)exp(j2itf〇x)+q* (x,y,t)exp(-j2itf〇x)(4)
[0055] 式中*表示共轭运算，对（4)式进行二维傅里叶变换，得到条纹的傅里叶频谱：
[0056] G(fx,fy,t) =A(fx,fy,t)+Q(fx-f〇,fy,t) +Q* (fx+f〇,fy,t) (5)
[0057] 其中G(fx,fy,，t)、A(fx,fy,t)、Q(fx,fy,t)分别是g(x,y,t)、a(x,y,t)、q(x,y,t) 的二维傅里叶变换频谱。通过一个适合的二维带通滤波器（如矩形窗、汉宁窗或海明窗）， 将其中的一支基频分量过滤出来，然后对分离出来的基频分量进行逆傅里叶变换，得到的 复分布为：
[0058]
(6)
[0059] 对参考平面上的光强分布（1)式作类似的变换和滤波处理，可得：
[0060]
(7)
[0061] 由物体高度所引起的相位变化A巾（x，y，t)可以通过下列运算得到：
[0062] A^S(x,y,t) =Im[ln[g-(x,v,t)g" (x,,v)]l (8)
[0063] 式中Im{}表示取复数的虚部。
[0064] 利用图1中的几何关系就可以计算出物体的高度分布h(x,y,t):
[0065] h(x,y,t) =l〇A (x,y,t) / [A(x,y,t) -2nf0d] ^ -l〇A(x,y,t) /2nf〇d (9)
[0066] 相位值是通过反正切函数（arctangent)运算得到的，计算出的相位值被截断在 反三角函数的主值范围（-IJO内，为得到连续相位分布，必须进行相位展开。在动态过 程的三维面形测量中，CCD所获取的变形条纹强度分布不仅是x，y的函数，而且是时间t的 函数，通过计算所得到的A(i>(x，y，t)是一个截断的三维相位场。三维相位的展开时不仅 要在xy二维平面内进行，而且还应在时间轴t方向上进行，以保证相邻时刻相位面的连续 性。
[0067] 为了完成上述测量方法，本发明提供了一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装 置，将计算机硬件技术应用到数据处理中，实现快速测量或实时测量，装置模块连接图如图 2所示。
[0068] 图像接收单元1，用于：与相机等成像设备相连，接收采集到的光栅图像数据。
[0069] 频域滤波处理单元2,用于：对光栅图像进行傅里叶变换，完成频域滤波，提取只 包含待测物高度信息的基频分量。
[0070] 数据缓冲单元3,用于：频域滤波中的数据缓冲和地址变换，以及与外部通信的数 据缓冲。
[0071] 相位-高度计算单元4,用于：求解图像相位分布，根据相位-高度映射计算待测 物高度分布。
[0072] 通信单元5,用于：与外部CPU的数据传输与通信。
[0073] 所述图像接收单元1包括相机接口模块la;频域滤波处理单元2包括二维傅里叶 变换模块2a、二维逆傅里叶变换模块2b、二维频域滤波模块2c;数据缓冲单元3包括中间 数据缓冲模块3a、输出数据缓冲模块3b;所述相位-高度计算单元4包括相位计算模块4a、 相位展开模块4b、高度映射模块4c;所述通信单元5包括高速通信模块5a。
[0074] 相机接口模块la与外部相机等成像设备相连；二维傅里叶变换模块2a与二维频 域滤波模块2c连接，二维频域滤波模块2c与中间数据缓冲模块3a连接，二维频域滤波模 块2c与二维逆傅里叶变换模块2b连接；二维逆傅里叶变换模块2b与相位计算模块4a连 接，相位计算模块4a与相位展开模块4b连接，相位展开模块4b与高度映射模块4c连接； 高度映射模块4c与输出数据缓冲模块3b连接；输出数据缓冲模块3b与高速通信模块5a 连接；高速通信模块5a与外部CPU连接。
[0075] 相机接口模块la，用于：从外部相机等成像设备接收采集到的光栅图像数据。
[0076] 二维傅里叶变换模块2a，用于：计算光栅图像的二维傅里叶频谱。
[0077] 二维傅里叶变换过程包括：采用N个Streaming-FFT组成并行的Pipeline对图像 进行按行一维傅里叶变换，得到按行的一维傅里叶变换结果；再采用N个Streaming-FFT组 成并行的Pipeline对所述按行的一维傅里叶变换结果进行按列一维傅里叶变换，得到图 像的二维傅里叶频谱。
[0078] 二维频域滤波模块2c，用于：提取傅里叶频谱中只包含高度信息的基频分量。
[0079] 二维频域滤波过程包括：根据所选择滤波器的类型计算图像中各像素点所对应的 滤波系数；将所述对应的滤波器系数与图像的频谱相乘，得到滤波后的频谱。
[0080] 二维逆傅里叶变换模块2b，用于：将滤波提取到的图像频谱转换到空域，得到二 维空域图像。
[0081] 二维逆傅里叶变换过程包括：采用N个Streaming-IFFT组成并行的Pipeline 对图像进行按行一维逆傅里叶变换，得到按行的一维逆傅里叶变换结果；再采用N个 Streaming-IFFT组成并行的Pipeline对按行的一维逆傅里叶变换结果进行按列的一维逆 傅里叶变换，得到二维空域图像。
[0082] 中间数据缓冲模块3a，用于：二维频域滤波中的数据缓冲和地址变换。
[0083] 输出数据缓冲模块3b，用于：与外部通信的数据缓冲。
[0084] 相位计算模块4a，用于：对频域滤波单元输出的空域图像信息，根据笛卡尔平面 坐标系到极坐标系的转换关系，计算出对应的原始相位信息图。
[0085] 相位展开模块4b，用于：对所述的原始相位信息图中存在截断的相位区域进行展 开，得到连续的相位信息图。
[0086] 高度映射模块4c，用于：对所述的连续相位分布，根据相位高度映射关系计算高 度分布。
[0087] 高速通信模块5a，用于：与外部CPU的数据传输与通信。
[0088] 下面采用所述方法及装置对一块振动的铝质薄平板进行三维面型测量，图3是测 量系统装置示意图，10是投影装置，11是CCD成像系统，12是待测的振动铝质薄平板，13是 用于数据处理的硬件开发板，14是PC机。本实例中用于数据处理的硬件是FPGA开发板，它 是Xilinx公司的SP605 开发板，采用XilinxSpartan-6XC6SL45TFPGA。
[0089] 被测错质薄平板长280mm，宽1 50mm;成像系统CCD是LumeneraCameraLu050M， 镜头焦距为12mm;CCD的拍摄频率为200fps。投影系统出瞳到成像系统入瞳的距离约为 150mm，投影系统出瞳到平面的距离约为800mm，在开始记录图像的同时用铁锤敲击薄平板 的背面，拍摄薄平板的振动过程。整个过程一共拍摄了