线编码绝对相位解包裹算法：实现非均匀反射复杂场景的超高效三维形貌重建

本文提出了一种创新的线编码绝对相位解包裹（LCAPU）算法，通过将单像素线序列嵌入两组3步相移条纹图案中，结合多层解码（MLD）模型，实现了无需辅助编码条纹（ACFs）的动态场景高精度三维重建。该方法突破了传统相位解包裹（APU-FPP）在精度与效率之间的矛盾，为复杂表面形貌测量提供了新思路。

　　

Highlight亮点

本研究开发的线编码绝对相位解包裹（LCAPU）算法，如同给三维扫描仪装上了"智能导航系统"，能自动识别条纹周期并补偿相位误差。该技术巧妙地将单像素线标记像"条形码"般编织进相移条纹，实现了复杂物体表面形貌的"一键式"高精度重建。

Section snippets研究精要

相位测量轮廓术（PSP）

在典型的N步相移轮廓术系统中（图1a），数字光处理器（TI DLP4500）将计算机设计的正弦条纹图案投射到被测物体表面，相机（IMAGINGSOURCE DFM 72AUC02）捕获变形条纹图案I_n(x,y)。通过三帧相移算法提取的包裹相位φ(u,v)（图5a）需经过解包裹才能获得连续相位分布。

编码线解码

如图3a所示，6帧线编码变形图案i^C_m(u,v)被相机捕获。利用相同相移δ_n的两帧图案（如i^C₁和i^C₄）可生成准线图案L₁₄(u,v)，这些"光学路标"为后续的多层解码提供了关键位置信息。

静态重建与定量分析

基于φ(u,v)和条纹级次k(u,v)（图9c）可获得绝对相位Φ(u,v)（图10a）。通过与参考相位（图10b）比较得到相位差Δφ(u,v)（图10c），最终通过标定的相位-高度模型转换为三维形貌h(u,v)（图10d）。补偿后的{i}序列分析表明，该方法在保持高效率的同时显著提升了重建精度。

Conclusion结论

这项研究如同为动态三维测量打造了一把"光学游标卡尺"，通过创新的线编码策略和MLD算法，成功解决了传统方法在投影辅助条纹时导致的效率损失问题。该技术为工业检测、生物医学成像等领域的实时三维测量开辟了新途径。