專利名稱：：同步色相相移轉(zhuǎn)換方法以及其三維形貌量測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是有關(guān)一種相移方法與系統(tǒng)，尤其是指一種利用色相信息得到色相相位變化信息進(jìn)而得到物體表面形貌信息的一種同步色相相移轉(zhuǎn)換方法以及其三維形貌量測(cè)方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于三維量測(cè)及重建的研究，主要以光學(xué)投影式三維輪廓術(shù)為主流，具體又可分為直接三角法及相位量測(cè)法，其中直接三角法主要是以三角量測(cè)原理為基礎(chǔ)，逐點(diǎn)法用光點(diǎn)掃描物體，利用系統(tǒng)的幾何三角關(guān)系就可以計(jì)算深度信息，方法雖然簡(jiǎn)單，但量測(cè)相當(dāng)耗時(shí)。相位量測(cè)法是以測(cè)量投影到物體上的變形光柵影像的相位為基礎(chǔ)，通過相位與高度的映射而求得物體的三維輪廓，雖然在相位與高度的轉(zhuǎn)換過程中可使用三角法原理，但其核心技術(shù)為相位的分析與計(jì)算，與直接三角法相比較，相位量測(cè)能達(dá)成全域式量測(cè)的目標(biāo)，量測(cè)速度快，精度也較高。目前常見的相位量測(cè)法主要包含傅立葉(Fourier)法與傳統(tǒng)相位移法(Phaseshifting)兩大類。其中，傅立葉法，自傅立葉變換輪廓術(shù)(FTP，F(xiàn)ourierTransformProfilometry)產(chǎn)生以來，傅立葉變換輪廓術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。相移法在三維輪廓量測(cè)中受到廣泛的研究及應(yīng)用。其基本原理為利用投影在物體表面條紋移動(dòng)的變化來分析及計(jì)算相位，得到相位封裝圖(phasewrappingmap)。但因相位被封裝在反三角函數(shù)中，必須再透過歐拉公式(Euler’sequation)及相位展開(phaseunwrapping)求得相對(duì)于物體高度的相位信息，并透過相位與高度關(guān)系的映對(duì)求得物體表面的三維輪廓。此法的優(yōu)點(diǎn)為量測(cè)精度高、速度快以及屬于全域式量測(cè)。在習(xí)用技術(shù)中，如Huang等人在〃High-Resolution，Real-time3DShapeAcquisition,"IEEEComputerVisionandPatternRecognitionWorkshoponRealtime3DSensorsandTheirUses，vol.3，pp.28-37，2004中，提出了一種由電腦傳送三張不同相位且周期間隔為2^1/3的彩色圖案至投影機(jī)，再經(jīng)由無色輪的投影機(jī)送出其黑白圖案至物體表面，由黑白CCD擷取其影像，利用所得的三張影像來作三步相移法，以得到其高度信息。此外亦使用彩色CCD以獲取其物體表面顏色信息，利用此兩CCD的信息來獲得其三維輪廓的信息。另外，Huang等人在1999年更發(fā)表了“Color-encodeddigitalfringeprojectiontechniqueforhigh-speedthree-dimensionalsurfacecontouring",Opt.Eng,1065-1071,1999.，其是采用三步相位移法，主要是將三張不同顏色(R、G、B)的影像，利用每一張影像具有120度的相位差，組合到同一張影像上，最后形成一張具有三種不同顏色(紅、綠、藍(lán))的色澤正弦條紋結(jié)構(gòu)光投射在物體表面上，經(jīng)由彩色(XD取得一張影像后，進(jìn)行三色分離取得三色的灰階值并計(jì)算相位包裝與相位重建，因此將原本須三步相位移的投光時(shí)間，縮短成只須一張影像即可達(dá)成高速計(jì)算三維輪廓。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其是利用彩色結(jié)構(gòu)光，將3色CCD所擷取的結(jié)構(gòu)光影像由傳統(tǒng)的RGB色彩座標(biāo)轉(zhuǎn)換至色相飽和強(qiáng)度(huesaturationintensity,HSI)座標(biāo)的色相(hue)域進(jìn)行運(yùn)算處理而轉(zhuǎn)換成色相相位變化信息，降低因物體受測(cè)表面不同反射是數(shù)變化所引起的光強(qiáng)變化對(duì)彩色條紋結(jié)構(gòu)光的影響性，同時(shí)本發(fā)明是采用同時(shí)三步色相相位移法，可達(dá)一次取像即時(shí)獲得其三維輪廓的信息。本發(fā)明提供一種同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其是利用色偏校正的誤差補(bǔ)償以克服因光源產(chǎn)生單元與影像擷取單元的三原色的色彩偏移或頻譜相互重疊所可能產(chǎn)生色彩耦合(colorcoupling)的問題。本發(fā)明提供一同步色相相移轉(zhuǎn)換方法與三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其是將具有空間上具相位差的三原色(RGB)光的一彩色條紋結(jié)構(gòu)光，投射至物體上并擷取一具有物體受測(cè)表面形貌色相相位信息的彩色條紋結(jié)構(gòu)光影像。如果該物體為的表面顏色為三原色的混色，則在單張條紋影像中即包含有多步相移法的色相相位變化信息。透過演算將該色相相位變化信息轉(zhuǎn)換成物體表面輪廓的信息，進(jìn)而重建該物體的三維表面形貌。由于只需取得單張取像，因此不但可避免周圍環(huán)境擾動(dòng)影響，更可以省略相位封裝的時(shí)間，增加重建三維輪廓的效率。在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，包括有下列步驟投射一彩色結(jié)構(gòu)光至一物體上；擷取該彩色結(jié)構(gòu)光對(duì)于該物體表面形貌所具有的色相相位信息所形成的彩色條紋影像；由該彩色條紋影像中取得一色相信息；以及將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明更提供一種同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其是包括有一光源部，其是提供一彩色結(jié)構(gòu)光；一影像擷取部，其是設(shè)置于該光源部的一側(cè)，該影像擷取部是擷取該彩色結(jié)構(gòu)光對(duì)于該物體表面形貌所具有的色相相位信息所形成的彩色條紋影像；以及一運(yùn)算處理單元，其是分別與該光源部以及該影像擷取部電訊連接，該運(yùn)算處理單元是由該彩色條紋影像中取得關(guān)于該彩色條紋影像的一色相信息以及將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息。本發(fā)明提供的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法以及其三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，透過演算將該色相相位變化資訊信息轉(zhuǎn)換成物體表面輪廓的資訊信息，進(jìn)而重建該物體的三維表面形貌。由于只需取得單張取像，因此不但可避免周圍環(huán)境擾動(dòng)影響，更可以省略相位封裝的時(shí)間，增加重建三維輪廓的效率。因此已經(jīng)可以提高該產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力以及帶動(dòng)周遭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。圖1為本發(fā)明的色相飽和強(qiáng)度HIS三角結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的色相飽和強(qiáng)度HIS三角結(jié)構(gòu)立體示意圖；圖3為本發(fā)明的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法流程示意圖；圖4A為具有相位差的梯形結(jié)構(gòu)光示意圖；圖4B為其他形式的結(jié)構(gòu)光示意圖；圖4C為本發(fā)明的光源部所投射的彩色結(jié)構(gòu)光示意圖；圖4D為本發(fā)明的彩色條紋影像示意圖4E為將彩色條紋影像轉(zhuǎn)換至色相域以形成相位封裝影像圖；圖4F為執(zhí)行相位重建取得相對(duì)于物體高度的相位信息圖；圖4G為重建物體表面形貌的結(jié)果示意圖；圖5為本發(fā)明的色彩偏移量校正流程示意圖；圖6為彩色梯形結(jié)構(gòu)光與色相的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；圖7A為梯形彩色條紋的色相成份與理想色相的比較曲線圖；圖7B為梯形彩色條紋的色相成份與理想色相的差異量曲線圖；圖7C為經(jīng)查表法補(bǔ)償后梯形彩色條紋的色相成份與理想色相值曲線圖；圖8為色相平移示意圖；圖9A與圖9B為本發(fā)明的其他形式彩色結(jié)構(gòu)光示意圖；圖10為本發(fā)明的三維形貌量測(cè)系統(tǒng)實(shí)施例示意圖；圖11為本發(fā)明的三維形貌量測(cè)系統(tǒng)另一實(shí)施例示意圖。附圖標(biāo)記說明2-同步色相相移轉(zhuǎn)換方法；2027-步驟；3_色偏校正方法；3036-步驟；4-三維形貌量測(cè)系統(tǒng)；40-光源部；400-彩色結(jié)構(gòu)光；41-影像擷取部；42-運(yùn)算處理單元；43-物體；44-透鏡組；440-平凸；441、442_雙凸透鏡；45-鏡組；450-分光元件；451-準(zhǔn)直透鏡組；90-光源部；91-影像擷取裝置；92-參考平面。具體實(shí)施例方式為使能對(duì)本發(fā)明的特征、目的及功能有更進(jìn)一步的認(rèn)知與了解，下文特將本發(fā)明的裝置的相關(guān)細(xì)部結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)的理念原由進(jìn)行詳細(xì)說明陳述如下傳統(tǒng)的彩色影像其！^工三原色的光強(qiáng)〗々…、〗々…、〗々…皆分布于(0255)，首先對(duì)R、G、B三原色作正規(guī)化的動(dòng)作，使其值介于W，l]。接著利用式(1)分別計(jì)算出R、G、B在所有色彩成份內(nèi)所占的質(zhì)量為何，并以r、g、b表示RG,BW^S)⑴而r、g、b的值仍然分布于^，1]，若1、6、8同時(shí)為1時(shí)，則將滿足下式(2)所示r+g+b=1(2)對(duì)于色彩三原色R、G、B，其值介于W，1]，所以光強(qiáng)度(lightintensity)在色相飽和強(qiáng)度(huesaturationintensity,HSI)色彩座標(biāo)中定義為如式(3)所示I=^(R+G+B)(3)其中，強(qiáng)度(I)其值亦分布于W，l]。為了求得色相(hue)與飽和度(saturation)，必須訂定出色相飽和強(qiáng)度HSI模型的三角幾何結(jié)構(gòu)，如圖1所示，該圖為本發(fā)明的色相飽和強(qiáng)度HSI三角結(jié)構(gòu)示意圖；其中條件一點(diǎn)W在HSI色彩模型的座標(biāo)為(1/3，1/3，1/3)。條件二假設(shè)在三角形內(nèi)的任一點(diǎn)P的座標(biāo)為(r，g，b)。條件三令r0=R/I=3R(R+G+B)；g0=G/I=3G(R+G+B)；b0=B/I=3B(R+G+B)，其中I為HSI的光強(qiáng)度如式(3)，因此可以發(fā)現(xiàn)若gQ=bQ，則點(diǎn)(rQ，g0,b0)座落于,同理若rQ=gQ，則點(diǎn)Ovgc^btl)座落于；若rQ=bQ，則點(diǎn)座落于,其中Qr、Qg、Qb分別為各邊中點(diǎn)。令i=r，g，b，則=2/3。由圖2可得知，色相(hue)從向量巧-示到聲所構(gòu)成的夾角H。而飽和度是從W(l/3，l/3，l/3)到三角形內(nèi)的任一點(diǎn)P的距離。則可以得到以下關(guān)系式(4)所示假設(shè)一向量a含有ai、a2、a3H項(xiàng)變數(shù)成分，則向量a的長(zhǎng)度為式(5)所示根據(jù)附帶條件一、二及式(5)可得到如式(6)所示將⑴式帶入(6)，即用1~、8、13以1、6、8替代，并簡(jiǎn)化得到下式(7)所示由冗(1，0,0)及w(1/3，1/3，1/3)所構(gòu)成的向量長(zhǎng)度為如式⑶所示若有向量i與j，則兩向量相乘的結(jié)果為如式(9)所示則式⑷中的G-G).(廠-G)根據(jù)式(9)亦可將其視為向量相乘，并將r、g、b以R、G、B替代而得到式(10)所示最后可將式(7)、式⑶及式(10)帶入式(4)，并經(jīng)化簡(jiǎn)后可得色相(H)為如式(11)所示但因色相是經(jīng)由反余弦(arccosine)函數(shù)所求得，其值域分布為W，π]，為了求得一完整周期的色相值分布于W，2ji]，所以必須加入式(12)的關(guān)系式綜合上述，完整的色相方程序?yàn)槿缡?13)所示上述的所有推導(dǎo)是為說明如何從彩色影像中擷取出色相信息的演算式，接下來說明如何利用本發(fā)明所提出的色相信息重建成物體表面形貌的技術(shù)。請(qǐng)參閱圖3所示，該圖是為本發(fā)明的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法流程示意圖。在本實(shí)施例中，該方法包括有下列步驟首先進(jìn)行步驟21提供一彩色結(jié)構(gòu)光。該彩色結(jié)構(gòu)光是為由紅(R)、綠(G)以及藍(lán)(B)具有空間上相位差的三原色光所構(gòu)成的彩色梯形結(jié)構(gòu)光，每一個(gè)原色光是為具有連續(xù)色相變化的原色光，使得該彩色結(jié)構(gòu)光形成具有連續(xù)色相變化的結(jié)構(gòu)光。前述所謂連續(xù)色相變化是指以紅色原色光為例，其是具有顏色深淺的變化(從深紅至淺紅)，并非指單一色相強(qiáng)度而已。如圖4A所示，在本實(shí)施例中，每一個(gè)原色光之間具有一個(gè)相位差，該相位差的大小并無一定的限制，本實(shí)施例為2π/3。在圖4Α中，其是周期分成六等分，并利用式(14)至(16)紅、綠、藍(lán)三原色的梯形結(jié)構(gòu)光方程序分別為IJx，y)、Ig(x，y)、Ib(χ,y)，產(chǎn)生一周期連續(xù)的結(jié)構(gòu)光，即由RGB三原色所組成的等周期梯形波，以周期間隔為2π/3組合而成。其中I'(x，y)為結(jié)構(gòu)光的直流成份，通常Γ(x，y)的值為0;而I"(x,y)為結(jié)構(gòu)光的交流成份(振幅大小)。此外，該彩色結(jié)構(gòu)光亦可以為弦波或者是方波等結(jié)構(gòu)光(如圖4B所示)，但不以此為限。步驟20所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光是如圖4C所示。由于量測(cè)系統(tǒng)存在許多非線性誤差會(huì)降低量測(cè)精度，其中包含二大主要因素，分為取像系統(tǒng)的3色CCD及投影系統(tǒng)的光源部份的DLP(DigitalLightProcessor，數(shù)字光學(xué)處理)投影機(jī)。本系統(tǒng)因使用彩色條紋所組成的結(jié)構(gòu)光，因此對(duì)于DLP投影色彩及3色CCD擷取色彩影像的準(zhǔn)確度要求格外嚴(yán)苛。然而DLP投影機(jī)存在色彩偏移及色彩耦合(colorcoupling)的問題，及3色CXD影像擷取元件內(nèi)含三片紅、綠、藍(lán)彩色濾光片，因接收三原色頻譜的靈敏度(sensitivity)不同會(huì)影響其彩色頻譜的分布，再加上各種物體表面吸收或散射色彩的程度不同。因此，這些存在的因素皆會(huì)影響甚至改變結(jié)構(gòu)光所要呈現(xiàn)的原始色彩，使得色彩在某段頻譜有衰減或增強(qiáng)的現(xiàn)象，以致于后來將彩色影像轉(zhuǎn)換至色相域執(zhí)行梯形相移的過程時(shí)，會(huì)將非線性項(xiàng)誤差源引入，而導(dǎo)致最后三維形貌重建及重建的結(jié)果產(chǎn)生量測(cè)誤差。有鑒于此，本發(fā)明發(fā)展出一套色偏校正方法，可以針對(duì)不同色澤的物體表面吸收及散射色彩的程度產(chǎn)生合適于該物表的結(jié)構(gòu)光。請(qǐng)參閱圖5所示，該圖是為本發(fā)明的色彩偏移量校正流程示意圖；在圖5的流程中，主要是針對(duì)圖3的步驟21中的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行色偏校正與補(bǔ)償?shù)牟襟E。該方法3首先以步驟30由程序產(chǎn)生一白色(255，255，255)的校正光并投影于參考白平面，并對(duì)3色影像擷取裝置(3色CCD)取得的白色影像執(zhí)行自動(dòng)白平衡(AWB,AutoWhiteBalance)運(yùn)算，讓紅、綠、藍(lán)色彩三原色的光強(qiáng)度一致。本步驟的目的在于使得感測(cè)色光的3色CCD的色溫設(shè)定可與量測(cè)環(huán)境的色溫相互匹配，將紅、綠、藍(lán)色彩成份不同的情形降至最低。接著進(jìn)行步驟31產(chǎn)生256張已知色相灰階度分布由0255的彩色校正光譜，經(jīng)由投射彩色結(jié)構(gòu)光的光源部(如DLP元件)依序?qū)⑿Ｕ馔队爸羺⒖及灼矫?，并透過3色CXD同步取得校正光強(qiáng)影像。再以步驟32將所取得的256張24位(bits)彩色影像，轉(zhuǎn)換至色相(hue)域進(jìn)行分析及記錄其色相值，并產(chǎn)生已知色相值與量測(cè)色相值的對(duì)應(yīng)表。而為了取得客觀的量測(cè)數(shù)值，步驟32可以重復(fù)執(zhí)行復(fù)數(shù)次，分別得到復(fù)數(shù)組理想投光的色相值與實(shí)際量測(cè)到的色相值對(duì)應(yīng)關(guān)系表，并求得重復(fù)性量測(cè)的平均值。再利用步驟33利用校正程序讀取色相值的對(duì)應(yīng)表，并在執(zhí)行校正與補(bǔ)償后，存成一個(gè)索引表格(Lookuptable)。然后以步驟34讀取索引表格及選擇所需的結(jié)構(gòu)光周期，接著產(chǎn)生校正后的彩色梯型結(jié)構(gòu)光。在步驟34中，為了產(chǎn)生分布于W，2ji]連續(xù)且線性的色相值，本實(shí)施例是根據(jù)式(14)(16)，將彩色梯形結(jié)構(gòu)光強(qiáng)度分布的周期如式(17)，及其轉(zhuǎn)換成色相域與結(jié)構(gòu)光周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6所示。在圖6中，一個(gè)完整的彩色梯形條紋空間周期代表色相域分布由0至2π(360°)，而將一值域分布為02π(360°)的色相域分成六等份，每一等份相互對(duì)稱且斜率均相同。首先在式(17)中，周期為χe接著可利用泰勒展開式將余弦(cosine)表示成如式(19)所示若保留前二項(xiàng)的泰勒級(jí)數(shù)，余弦(cosine)可表示為式(20)所示比較式(18)與式(20)，可知1與分別為利用泰勒級(jí)數(shù)展開的第一項(xiàng)及第二項(xiàng)數(shù)值，因此可將式(18)簡(jiǎn)化成如式(21)所示H≈π/36x/T(21)在步驟34中，式(18)及式(21)可以利用演算軟件如(Matlab)將未經(jīng)化簡(jiǎn)原始相的色相值與泰勒級(jí)數(shù)簡(jiǎn)化后的色相值繪制成圖7A所示，可以發(fā)現(xiàn)將梯形相移條紋轉(zhuǎn)換至色相域后存在一非線性的誤差量，如圖7B所示。因此根據(jù)步驟33所建立的索引表格(Lookuptable)，利用查表法(LUTs)來執(zhí)行誤差補(bǔ)償，而經(jīng)過補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果如圖7C所示，可以完全的消除演算法所產(chǎn)生的誤差。再回到圖5所示，最后以步驟35將結(jié)構(gòu)光投影至參考白平面，利用相關(guān)系數(shù)Y(correlationcoefficient)及標(biāo)準(zhǔn)差σ(standarderror)，來評(píng)估校正后的量測(cè)曲線與理想曲線之間的差異量。此時(shí)，根據(jù)步驟36，若所求得的相關(guān)系數(shù)Y趨近1，標(biāo)準(zhǔn)差σ小于一個(gè)適當(dāng)閥值(灰階度)，則表示光源部所產(chǎn)生的色偏誤差成份占總灰階度(0255)的一可接受范圍以下，此時(shí)即完成校正程序以產(chǎn)生校正后的彩色結(jié)構(gòu)光，該校正后的彩色結(jié)構(gòu)光的色相值是與空間中的一方向上的位移成線性關(guān)系(如圖6中左下方的圖所示)，可開始執(zhí)行量測(cè)，亦即進(jìn)行方法2。反之，如果沒有的話，則回到步驟34重復(fù)進(jìn)行。如果滿足誤差條件的話，則再回到圖3所示，利用步驟21所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光投射至一物體上。本實(shí)施例的物體表面顏色為三原色的混色，而該物體是可以是校正元件、待測(cè)物體或者是其他承載臺(tái)等，并無一定限制。然后以步驟22擷取該彩色結(jié)構(gòu)光對(duì)于該物體表面形貌所具有的色相相位信息所形成的彩色條紋影像。由于物體具有高度，因此投射至物體上的彩色結(jié)構(gòu)光會(huì)隨著物體表面的形貌而產(chǎn)生不同光程差，因而可能產(chǎn)生扭曲變形而具有因物體形貌不同使得色相產(chǎn)生相移變化，因此該彩色條紋影像上會(huì)具有扭曲的條紋影像，如圖4D所示。再回到圖3所示，接著進(jìn)行步驟23消除該彩色條紋影像的雜訊，一般而言消除的方式是對(duì)該彩色條紋影響進(jìn)行中通或者是低通濾波以消除高頻的雜訊。然后，進(jìn)行步驟24由該彩色條紋影像中取得關(guān)于該彩色條紋影像的一色相信息(hueinformation)。在本步驟中，主要是將單張的該彩色條紋影像由傳統(tǒng)的RGB色彩座標(biāo)轉(zhuǎn)換至色相域，以得到如圖4E的影像，并且取得關(guān)于該色相域的該色相信息，如式(13)所示。其轉(zhuǎn)換方式是如前述式(1)至(13)的推導(dǎo)，在此不作贅述。再回到圖3所示，接著利用步驟25將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息。接下來說明轉(zhuǎn)換的原理，請(qǐng)參閱圖8所示，該圖是為色相變化示意圖；由圖8得知，由發(fā)出彩色結(jié)構(gòu)光的光源部90的光軸之中心點(diǎn)至擷取彩色條紋影像的影像擷取裝置91的光軸中心點(diǎn)的距離為d。而參考平面92到光源部90及影像擷取裝置91的垂直距離為1。假設(shè)投影點(diǎn)與取像點(diǎn)的交會(huì)處為點(diǎn)0，高度為h。因?yàn)槲矬w高度的變化使得投影于物體表面的彩色結(jié)構(gòu)光會(huì)有錯(cuò)位及扭曲的現(xiàn)象，假設(shè)條紋因物體高度由點(diǎn)C錯(cuò)開至點(diǎn)D，則&可視為在色相(hue)域的色相相位變化信息ΔH。在圖8中，Δ0⑶與ΔOBA為相似三角形，因此可推導(dǎo)出以下關(guān)系式(22)h1-h1==——==——(22)CDdCD+d經(jīng)簡(jiǎn)化可得h為式(23)所示CDJh=—(23)CD+dv’而&對(duì)應(yīng)到色相域變化的量，其關(guān)系式可表示為式(24)=AH=H^-=Hf0CD(24)其中PciJtl分別為彩色結(jié)構(gòu)光于空間上的周期長(zhǎng)度與頻率，單位為mm，而H、ΔH為彩色結(jié)構(gòu)光影像中的色相信息周期及色相相位變化信息，單位為像素(pixels)。再回到圖3所示，計(jì)算出色相相位變化信息的后，進(jìn)行步驟26，利用該色相相位變化信息計(jì)算出對(duì)應(yīng)的高度。本步驟亦即利用Goldstein’s相位重建法以得到關(guān)于高度信息的連續(xù)色相相移量，以得到如圖4F的結(jié)果。接下來說明ΔΗ與對(duì)應(yīng)高度的關(guān)系由式(24)—AH可得CD=|，將其帶入式(23)并化簡(jiǎn)得在絕大部分的情況下，HftlCl>>ΔΗ，則式(25)可改寫成式(26)的形式其中U為常數(shù)，ΔΗ為變數(shù)。可經(jīng)由ΔH的變化而求得物體高度的變化。再回到圖3所示，再得到h的關(guān)系式(26)的后，最以步驟27重建物體的表面形貌，如圖4G所示。前述的說明，是為對(duì)具有連續(xù)色相變化的三原色光所混合的彩色結(jié)構(gòu)光為例。在另一實(shí)施例中，如圖9A所示，在本實(shí)施例中，該彩色結(jié)構(gòu)光是由兩種具有連續(xù)色相變化的原色光所構(gòu)成(紅與綠)。此時(shí)描述該彩色結(jié)構(gòu)光的方程式如式(27)所示而在圖9B所示的態(tài)樣，是指該彩色結(jié)構(gòu)光是由具有連續(xù)色相變化的單一原色光(本實(shí)施例為紅光)所構(gòu)成。此時(shí)描述只有單一原色光所構(gòu)成的彩色結(jié)構(gòu)光的方程式是為式(28)所示請(qǐng)參閱圖10所示，該圖是為本發(fā)明的三維形貌量測(cè)系統(tǒng)實(shí)施例示意圖；在本實(shí)施例中，該系統(tǒng)4具有一光源部40、一影像擷取部41以及一運(yùn)算處理單元42。該光源部40，其是提供一彩色結(jié)構(gòu)光400。在本實(shí)施例中，該彩色結(jié)構(gòu)光是為由具有2π/3相位差的紅(R)、綠(G)以及藍(lán)(B)三原色光所構(gòu)成的彩色梯形結(jié)構(gòu)光，其色碼結(jié)構(gòu)是如同前所述，在此不作贅述。在本實(shí)施例中，該光源部40是為DLP裝置，其是可通過控制產(chǎn)生彩色結(jié)構(gòu)光。如圖11所示，本實(shí)施例的光源部40更可以搭配透鏡組44來將投影的光束導(dǎo)正成近似平行光，使投影的結(jié)構(gòu)光不會(huì)因物體43的遠(yuǎn)近而影響條紋清晰度。本實(shí)施例的透鏡組44是可由平凸透鏡440以及兩個(gè)雙凸透鏡441與442組成，但不以此為限。然后再經(jīng)由分光元件450以及準(zhǔn)直透鏡組451所形成的鏡組45將彩色結(jié)構(gòu)光導(dǎo)引至物體43上。再回到圖10所示，該影像擷取部41，其是設(shè)置于該光源部40的一側(cè)，該影像擷取部41提供擷取關(guān)于該彩色結(jié)構(gòu)光的一彩色條紋影像。該影像擷取部41為具有擷取彩色影像能力的裝置，例如3色(XD，但不以此為限。該運(yùn)算處理單元42，其是分別與該光源部40以及該影像擷取部41電訊連接。該運(yùn)算處理單元42—方面是利用圖5的流程校正該光源部40所投射的彩色結(jié)構(gòu)光，另一方面亦可進(jìn)行圖3的流程，由該彩色條紋影像中取得關(guān)于該彩色條紋影像的一色相信息以及將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息，進(jìn)而將該色相相位變化信息轉(zhuǎn)換成關(guān)于該物體高度的信息而重建該物體43的表面形貌。該運(yùn)算處理單元42是為具有運(yùn)算處理能力的電腦、工作站或者是服務(wù)器。以上所述者，僅為本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)不能以之限制本發(fā)明范圍。即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施狀況。綜合上述，本發(fā)明提供的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法以及其三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，透過演算將該色相相位變化信息轉(zhuǎn)換成物體表面輪廓的信息，進(jìn)而重建該物體的三維表面形貌。由于只需取得單張取像，因此不但可避免周圍環(huán)境擾動(dòng)影響，更可以省略相位封裝的時(shí)間，增加重建三維輪廓的效率。因此已經(jīng)可以提高該產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力以及帶動(dòng)周遭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，誠(chéng)已符合發(fā)明專利法所規(guī)定申請(qǐng)發(fā)明所需具備的要件，故依法呈提發(fā)明專利的申請(qǐng)。1權(quán)利要求一種同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，包括有下列步驟投射一彩色結(jié)構(gòu)光至一物體上；擷取該彩色結(jié)構(gòu)光對(duì)于該物體表面形貌所具有的色相相位信息所形成的彩色條紋影像；由該彩色條紋影像中取得一色相信息；以及將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息。2.如權(quán)利要求1所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該彩色結(jié)構(gòu)光具有至少兩種原色光，其特征在于，各原色光之間具有一相位差且每一原色光為具有連續(xù)色相變化的原色光。3.如權(quán)利要求2所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該相位差為2π/3。4.如權(quán)利要求1所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該彩色結(jié)構(gòu)光是由一單一原色光所構(gòu)成，該單原色光是具有連續(xù)色相變化的原色光。5.如權(quán)利要求1所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該彩色結(jié)構(gòu)光為梯形結(jié)構(gòu)光、弦波結(jié)構(gòu)光或者是方波結(jié)構(gòu)光。6.如權(quán)利要求1所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，在提供該彩色結(jié)構(gòu)光時(shí)還包括有對(duì)該彩色結(jié)構(gòu)光進(jìn)行色偏校正與補(bǔ)償?shù)牟襟E。7.如權(quán)利要求6所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述色偏校正包括有下列步驟產(chǎn)生復(fù)數(shù)張具有色相灰階度的校正光譜，經(jīng)由投射彩色結(jié)構(gòu)光的光源部依序?qū)?duì)應(yīng)該校正光譜中的不同色相灰階度的每一校正光投影至一參考平面，并同步取得對(duì)應(yīng)校正光強(qiáng)影像；將所取得的該復(fù)數(shù)張校正光強(qiáng)影像，轉(zhuǎn)換至色相域進(jìn)行分析及記錄其色相值，并產(chǎn)生已知色相值與量測(cè)色相值的對(duì)應(yīng)表；以及根據(jù)該對(duì)應(yīng)表補(bǔ)償該彩色結(jié)構(gòu)光以形成一校正后的彩色結(jié)構(gòu)光，該校正后的彩色結(jié)構(gòu)光的色相值是與空間中的一方向上的位移成線性關(guān)系。8.如權(quán)利要求1所述的同步色相相移轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，更包括有利用該色相相位變化信息進(jìn)行物體表面形貌重建的步驟。9.一種同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括一光源部，其是提供一彩色結(jié)構(gòu)光；一影像擷取部，其是設(shè)置于該光源部的一側(cè)，該影像擷取部是擷取該彩色結(jié)構(gòu)光對(duì)于該物體表面形貌所具有的色相相位信息所形成的彩色條紋影像；以及一運(yùn)算處理單元，其是分別與該光源部以及該影像擷取部電訊連接，該運(yùn)算處理單元由該彩色條紋影像中取得關(guān)于該彩色條紋影像的一色相信息以及將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息。10.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該彩色結(jié)構(gòu)光具有至少兩種原色光，其中各原色光之間具有一相位差且每一原色光為具有連續(xù)色相變化的原色光。11.如權(quán)利要求10所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該相位差為2π/3。12.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該彩色結(jié)構(gòu)光是由一單一原色光所構(gòu)成，該單原色光是具有連續(xù)色相變化的原色光。13.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該彩色結(jié)構(gòu)光為梯形結(jié)構(gòu)光、弦波結(jié)構(gòu)光或者是方波結(jié)構(gòu)光。14.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該光源部是為一數(shù)字光處理單元。15.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該影像擷取部為一三色影像擷取元件。16.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該運(yùn)算處理單元是對(duì)該色彩結(jié)構(gòu)光進(jìn)行校正與補(bǔ)償。17.如權(quán)利要求9所述的同步三維形貌量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該運(yùn)算處理單元是通過該色相相位變化信息以進(jìn)行物體形貌重建的演算處理。全文摘要本發(fā)明提供一種同步色相相移轉(zhuǎn)換方法以及其三維形貌量測(cè)方法與系統(tǒng)，其是利用彩色結(jié)構(gòu)光，取得關(guān)于物體的色彩條紋影像，然后由該彩色條紋影像的色相飽和強(qiáng)度(HSI)模型中取得關(guān)于該彩色條紋影像的一色相(hue)信息，最后再將該色相信息轉(zhuǎn)換成一色相相位變化信息。利用該色相相位變化信息透過色相相位重建重建物體三維形貌。由于本發(fā)明的彩色結(jié)構(gòu)光是由復(fù)數(shù)個(gè)具有空間上(spatialdomain)相位差的色光所形成，因此單張的彩色取像包含多步相移后的相位封裝信息而即可執(zhí)行相移及相位重建，省略傳統(tǒng)相位封裝及尤拉轉(zhuǎn)換的過程，改善物體表面形貌重建(surfacereconstruction)以及系統(tǒng)量測(cè)的效率。文檔編號(hào)G01B11/25GK101871773SQ200910133998公開日2010年10月27日申請(qǐng)日期2009年4月22日優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日發(fā)明者許耀升,陳亮嘉申請(qǐng)人:陳亮嘉