三维物体面形信息获取和实时处理系统

　　1引言

　　结构光法是一种广泛采用的三维物体面形测量方法，它是将特定光条投影到被测物表面，通过物体表面高低起伏所引起的光条畸变来抽取物体的三维信息。然后利用三角法、相位解调法等重建三维物体面形。

　　将朗奇光栅投影到物体上的光强分布的数学表达式，与物体表面和一基准面相干涉的表达式比较，会发现两者十分近似，所以可以将千涉图处理方法引入三维物体面形信息处理中，重建物休面形。

　　现有的结构光分布图采集系统，往往采用通用的图像采集卡，将摄像机所摄取的结构光视频信号经过A/D转换器转变为数字信号，该数字信号帧存后，由DMA送往计算机进行数据处理。这种采集方法要求帧存贮容量大(采集一幅图像至少需要128K)，采集到的数据必须经预处理才能用于三维物体面形测量。

　　由于投影到物体表面的畸变光条能作为千涉条纹处理，所以只需采集条纹的峰值信号。因此，我们研制了三维物体面形测量系统。先对结构光信号进行硬件特征提取，光条峰值处的电平为高、其它为低。再将高、低电平作为1.0信号传递给计算机，省去了数据A/D转换，存贮容量只要16K，这样精度高、可靠性好、且系统造价低。同时将结构光的特征信号传递给计算机，所采集数据不经任何处理即可用于面形测量，这样计算机处理数据量小、处理时间短。

　　2数据处理方法

　　在干涉图分析中，如果已知一个波面与参考球面相交所成的千涉图，可求得波面方程为

  （1）

　　相对于参考球面，这里a表示平移量，b、c分别为x、y方向倾斜系统，d为离焦系数，而φ(x，y)表示波面象差。对千涉条纹的峰值点进行采样，并根据条纹级次定义采样点的高度。用最小二乘法即可求得a、b、c、d系数。从而求出CP(x，y)，实现对波面上任一点的定量分析。

　　对于朗奇光栅投影到物体表面的光强分布，可以认为是物体表面与一参考面相干涉形成的。这个参考面是由投影系统所决定的，与物体的面形无关。对于非远心光学系统，设物体面形为甲(x，y)，参考面形为

   （2)

　　根据条纹级次，定义相对高度将得到结构光条纹特征点的f(x，y)。相邻两级的高度差可由投影系统的放置求得，也可通过测量已知高度的物体标定。a、b、c、d的值可通过采集投影到基准面上的光条，再用最小二乘法处理数据得到。然后放上物体，采集数据，得到特征点的f(x，y)，减去a十bx十cy十dx“即得到物体在这点的高度甲(x，y)，整个物体面形可由插值求得。

　　3硬件系统总体设计