一种分时复用快速三维扫描及其数据处理方法与流程

技术特征：

1.一种分时复用快速三维扫描方法，具体如下：

令T表示触发信号的周期，T_e表示投影仪和CCD的曝光时间，T_ri(i＝1，2，…n)表示第i个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间，其中

T_r1＝0us，即测头1不延时，T_r2≥T_e，T_r3≥T_r2+T_e，以此类推，直到测头n，其中n为该扫描速度下所允许的最大测头数；取T_r2＝T_e，T_r3＝2×T_e，…T_rn＝(n-1)×T_e，这样能最充分地利用方波周期内的闲置时间，从而使得n值达到最大，因此n的确定条件为：

T_rn+T_e≤T (1)

式中T_rn表示第n个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间。

2.基于如权利要求1所述的分时复用快速三维扫描方法的正弦条纹图时频复合编码与解调方法，包括下列步骤：

(1)编码方法

正弦条纹图时频复合编码与解调方法需要6帧条纹图，其数学表达式如(2)-(4)所示，前4帧{I_{i＝1，2，3，4}}为步长π/2高频相移图，f₁为高频载频；后两帧分别为1帧中频I₅和1帧低频载频条纹图I₆，f₂为中频载频，f₃为低频载频；高、中、低相邻载频比范围为2～8倍

$I_i\left(x\right)=A+B\·\cos [2\mathrm{\π}{f}_{1}x+(i-1)\frac{\mathrm{\π}}{2}],i=\mathrm{1,2,3,4}---\left(2\right)$

I₅(x)＝A+B·cos(2πf₂x) (3)

I₆(x)＝A+B·cos(2πf₃x) (4)

式中{I_{i＝1，2，3，4}}为各高频相移图的光强，I₅(x)为中频相移图的光强，I₆(x)为低频相移图的光强；A为背景项，B为载频幅值，x为被测物体的横向坐标；{f_{i＝1，2，3}}分别为高、中、低三频条纹图的载频；

(2)解调方法

投影仪投影上述6帧载频正弦条纹图至投影对象的表面，相机采集6帧，得到图像的数学表达式如公式(6)-(8)所示；前4帧高频相移图采用相移方法计算得到高频相位分布2πf₁Φ(x)；采用求和方法得到被测体面反射率分布a(x)；用和消减中频和低频条纹的背景项噪声，去除背景项噪声后的中频和低频分别用傅里叶变换轮廓术解调相位；

假设那么低频解包裹相位利用公式(5)-(9)依次得到中频和高频的解包裹相位图；最终由有高频相位解包裹图恢复被测表面高度；

式中b(x)为载频幅值分布；分别为高、中、低三频的包裹相位；Φ₂(x)为由计算得到的展开相位，Φ₁(x)为由计算得到的展开相位；INT为取整运算。

3.如权利要求2所述的正弦条纹图时频复合编码与解调方法，其中在步骤(1)中，高、中、低相邻载频比为4倍。

4.基于如权利要求2或3所述的正弦条纹图时频复合编码与解调方法的对相移图片的识别与自动排序方法，包括下列步骤：

(a)提取相移图有效区域

相机拍摄到的图片中并不是所有区域都是有效区域，因此需要事先利用目标提取方法对这些有效区域进行目标提取；

(b)快速二维傅里叶变换

相移图的特征频率体现在其频谱图上就是第二峰值对应的频率，该频率越大则特征频率越高，第一峰值是基频；由于实际采集到的相移图只有三种特征频率，分别是高频(30-35Hz)、中频(10-15Hz)和低频(3-5Hz)，因此通过判断频谱图上第二波峰的位置分布就可以得到该相移图的频率属性；

(c)高通滤波器滤波

对相移图进行二维傅里叶变换之后，还需用高通滤波器对其进行滤波，以消除基频对之后相移图特征频率检测的影响；高通滤波器的截止频率是由经验设定的；

(d)提取相移图特征频率并进行判断

在消除了相移图的基频分量之后，在傅里叶频谱图上容易地找出相移图的特征频率，进而能够判断出个相移图的频率属性；

(e)相移图排序

根据步骤(d)中的特征频率识别方法，首先判断6幅相移图中第一幅相移图的频率属性，如果其不是高频条纹，那么从第一幅相移图开始第一次出现高频的相移图就是“高1”，检测完成；如果第一幅相移图是高频的，那么继续判断 第四幅图的频率属性，如果其也是高频，则很显然，第1，2，3，4幅相移图都是高频，则第一图相移图就是“高1”，检测完成；如果第四幅相移图不是高频，那么从开始的第一幅不是高频的相移图算起，第一次出现的高频的相移图就是“高1”，检测完成。

5.如权利要求4所述的识别与自动排序方法，其中在步骤(a)中，目标提取方法为灰度阈值方法、或特征识别方法、或边缘检测方法。

6.如权利要求4所述的识别与自动排序方法，其中在步骤(a)中，如果投影对象是人脸，则有效区域即是人脸，通过4幅高频相移图相加后求平均的方式得到彩色纹理图，之后通过对彩色纹理图进行HSI分解给出HIS的汉语翻译，利用H分量和I分量就能提取出人脸位置。

7.如权利要求4所述的识别与自动排序方法，其中在步骤(c)中，在对人脸进行三维扫描时，在测量距离为0.7m时，高通滤波器的截止频率为约5Hz。