基于ROI约束与双频一致性优化的结构光相位解包裹方法

《Photonics》：A Structured-Light Dual-Frequency Heterodyne Phase Unwrapping Method Based on Region-of-Interest Constraint and Dual-Frequency Consistency Optimization

　　摘要在双频外差结构光三维测量中，物体边缘、孔边界和局部低可靠区域附近经常发生条纹级次误判，这可能导致绝对相位跳跃和异常的三维重建结果。针对这一问题，本文提出了一种基于感兴趣区域（ROI）约束、合成包裹相位的粗估、双频一致性残差优化和局部空间正则化的相位解包裹方法。该方法首先利用二值掩膜自动提取目标ROI，从而排除无效背景区域并减少不必要的计算。随后从两个包裹相位构建合成包裹相位，利用长合成周期获得粗绝对相位。初始条纹级次通过四舍五入法而非传统的向下取整法进行估计，从而减少整数边界附近的系统性条纹级次误判。在此基础上，构建双频一致性残差以进行局部候选搜索和可靠性评估。进而引入可靠锚点约束和局部空间正则化，以修正低可靠区域的异常条纹级次并抑制边缘和孔附近的误差传播。在具有复杂边界的物体上的实验结果表明，所提出的方法有效抑制了相位跳跃，提高了解包裹相位和重建点云的连续性。使用三层阶梯块进行精度验证，三层的高度误差分别为0.0230、0.0320和0.0370 mm，对应的标准差分别为0.00852、0.00880和0.00963 mm，均低于0.01 mm。这些结果表明，所提出的方法能够有效抑制条纹级次引起的相位跳跃，同时在结构光三维重建中保持高精度和稳定性。