步数。需要说明的是Φ的取值根据评价参数的不同是不同的。
[0035] 当评价参数为背景项a，幅值b，或者曝光时间等参数时，理论上Φ可以取任意值， 但为了简便其值通常应在[0, η ]范围内选定，而且优化的选用值是Φ = 〇。这是因为在相 位为0时，基本不存在gamma效应的影响，更容易分析所评价参数变化对测量精度的实际影 响。
[0036] 当评价参数为相移步数N时，Φ的取值是受限的，因为需要保证Φ所对应的相位 误差是所有可能相位值对应误差的最大值。为了保证这一点，Φ的取值需要随N变化，其 值通常为使得8&_3效应引起的相位误差绝对值最大时的相位值。此时Φ的取值可以通 过公开号为：CN104048621A，发明名称为：一种基于恒定相位编码的数字相移三维测量轮 廓术相位误差检测方法的中国专利申请所提供的方法求解。需要说明的是，对于一个确定 的测量系统，评价相移步数N时的Φ值是确定的，因而一次测量即可后续多次使用。
[0037] 依次投影恒定相位图到一个标准参考面或者其它测量表面上，通过相机采样得 到投影到测量表面上恒定相位图的图像，设采样得到的第η步相移恒定相位图的灰度为 Γη(χ,\\φ,Ρ) 〇
[0038] 步骤2中的相位解调误差求解方法如下：
[0039] 首先，采用如下公式解调得到采样图像的相位：
[0040]
[0041] 其次，当Φ e [0, 31 ]时，将解调相位与恒定相位图的设定相位相减即可得到实际 的相位测量误差：
[0042]
[0043] 步骤3中的相位误差统计特性，当P代表条纹幅值、条纹背景项、曝光时间等参数 时，推荐选用相位误差的均方根误差，当然也可以用误差绝对值均值等其它评价指标；当P 代表相移步数时，可以选用相位误差绝对值的最大值，也可以选用相位误差的均方根误差 等其它指标，具体可根据实际需求灵活选用。观察所选用统计特性的值随P值的变化，当统 计特性的值满足测量要求或者是测量精度达到最高时，选取最经济的P值作为实际测量中 的选用值。
[0044] 解调相位的均方根误差根据以下公式计算：
[0045]
[0046] 其中C、R分别为采样图像选用区域的列数及行数。
[0047] 解调相位的误差绝对值最大值根据以下公式计算：
[0048]
[0049] 其中，函数max表示求解最大值，符号I I表示取绝对值。取fCax(A〇满足测量精 度时对应的N的最小值作为条纹投影的相移步数。
[0050] 需要指出的是，这些可调参数之间并非相互独立的。上述说明只提及了单一参数 的优化选用，在实际应用中，通过在上述过程中同时考虑更多的参数，可以同时得到更多参 数最终的优化选用。
[0051] 上述方法虽然被用来优化选用测量中的可调参数，但其应用范围不局限于所述方 面。可以将所述方法推广到评价测量中其它不可调参数对测量精度的影响上。
[0052] 为了更好地理解本发明，下面结合附图和一个实施例对本发明的技术方案作详细 描述。
[0053] 为了实现对条纹对比度的优化选用，首先确定其它参数值，这里条纹背景项设定 为100,相移步数设定为3,其次将条纹对比度分别设为10, 20, 30, 50, 70,90,100。
[0054] 编码生成如下相移恒定相位图像：
[0055]
[0056] 其中b = 10, 20, 30, 50, 70, 90, 100。投影条纹图到被测表面后，利用相机对图像采 样。图1所示为采样得到的不同条纹幅值下的恒定相位图。
[0057] 设采样图像的灰度为<(^少，丸的，那么对应于每个条纹幅值的解调相位可以如 下求得：
[0058]
[0059] 由于这里恒定相位图的设定相位为0,所以解调得到的相位值即为相位误差值，如 图2所示。
[0060] 计算不同幅值下解调相位的均方根误差（RMS):
[0061]
[0062] 这里选用的采样图像尺寸为1024 X 768。
[0063] 图3所示为求解得到的不同条纹幅值下解调相位误差的均方根误差值。可以看 到，在选定范围内，随着条纹幅值的增加解调相位误差的均方根误差逐渐减小。由此判断， 本实验中条纹幅值的优化选用值应为100。
[0064] 可见，本发明能够非常简便地实现对条纹幅值的优化选用。对于其它大部分可调 参数的优化选用，都可以采用本发明轻松实现。
[0065] 以上所述仅为本发明的一个实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明基础上所 做的任何修改、等同替换及拓展等，均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:确定待评价的可设定参数P，并给定所有可设定参数的初值； 步骤2 :采用恒定相位投影技术求解得到待评价参数的解调相位误差； 步骤3 :改变待评价的可设定参数值，其他可设定参数值不变，重复步骤2,得到待评价 参数在不同设定值下的解调相位误差； 步骤4 :根据解调相位误差统计特征得到满足测量要求或者测量效果达到最优时被评 价参数的设定值，这些值便是被评价参数实际测量中可选用的值，选取满足测量要求且成 本最低的被评价参数设定值作为该参数的优化选用值。2. 如权利要求1所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，所述可设定参数包括条纹背景项、条纹幅值、采样数、相移步数、被测物体表面反射率、 相机曝光时间。3. 如权利要求1所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，所述步骤2的具体方法为：针对待评价可设定参数的给定值，确定其恒定相位图，然后 将该恒定相位图投影到待测量表面，采集图像，计算该采集图像的解调相位，将该解调相位 对应的解包裹相位与恒定相位图设定的相位相减，即得解调相位误差。4. 如权利要求3所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，恒定相位图根据以下公式计算：其中，a为条纹背景项，b为条纹幅值，x、y为像素坐标，巾为设定的相位值，N为相移 步数，P为待评价参数。5. 如权利要求3所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，所述解调相位根据以下公式计算：其中，为采样图像的灰度。6. 如权利要求4或5所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征 在于，当评价参数为背景项a，幅值b，采样次数，被测物体表面反射率，或者曝光时间时，小 可以取任意值；当评价参数为相移步数N时，巾的取值范围为保证8&_8效应引起的相位 误差绝对值最大时的相位值。7. 如权利要求6所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，当评价参数为背景项a、幅值b、采样次数、被测物体表面反射率或者曝光时间时，小的 优化选用值为0°。8. 如权利要求1所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，步骤4中确定解调相位误差统计特性的方法主要包括相位误差的均方根误差及相位误 差绝对值的最大值。9.如权利要求1所述的相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，其特征在 于，步骤4中确定解调相位误差统计特性的方法为：当待评价参数为背景项a、幅值b、采样 次数、被测物体表面反射率或曝光时间时，采用解调相位误差的均方根误差，当待评价参数 为相移步数时，采用相位误差绝对值最大值。
【专利摘要】本发明公开了一种相移法相位测量轮廓术可调参数的优化选用方法，包括：采用相移法相位测量轮廓术测量时，按照实际测量需求更改某个需要评价参数的设定值，并保持测量中的其它可设定参数不变；采用恒定相位投影技术求解得到被评价参数在不同设定值下的解调相位误差；分析得到解调相位误差统计特性满足测量要求或者达到最优时被评价参数的设定值，这些值便是被评价参数实际测量中可选用的值，选取满足测量要求且成本最低的被评价参数设定值作为该参数的优化选用值。本发明通过简单易行的实验手段，而非建立模型进行理论推断，直接获得测量中各个主要可调参数对解调相位误差的实际影响，使得准确地选择各个参数成为可能，有助于提高测量精度和速度。
【IPC分类】G01B11/25
【公开号】CN105136067
【申请号】CN201510600938
【发明人】赵宏, 张春伟
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月18日