Perfilometría 3D por proyección desenfocada de patrones binarios

Abstract

Las técnicas basadas en proyección de luz estructurada son ampliamente estudiadas y utilizadas en el área de perfilometría tridimensional, esto debido a la capacidad para obtener información completa de la superficie de objetos. Algunas de estas técnicas se basan en la proyección de patrones de intensidad sinusoidal y el uso de algoritmos de corrimiento de fase. En el caso de la reconstrucción tridimensional de objetos dinámicos en movimiento, uno de los desafíos es reducir el número de pasos o imágenes a ser proyectadas. Sin embargo, la precisión de estos sistemas se reduce conforme decrece el número de patrones (a un mínimo de tres). El sistema de proyección presenta una respuesta no lineal, lo cual introduce armónicos en los patrones adquiridos y en la recuperación de fase. En los últimos años, la proyección desenfocada de patrones binarios para generar patrones de franjas cuasi sinusoidales ha emergido como una alternativa para evitar el problema de no linealidad del proyector y, por ende, reducir el error en la fase. En este trabajo se presenta una revisión de distintos métodos propuestos en la literatura para generar patrones binarios, los cuales sintetizan patrones cuasi sinusoidales cuando son proyectados fuera de foco. Adicionalmente, analizamos el error de fase en función a la cantidad de desenfoque y el tamaño del periodo fundamental de las franjas.

The techniques of structured light projection are widely studied in the area of three-dimensional profilometry, due to its ability to obtain information from the surface of an object. In particular, those based on the projection of a sequence of sinusoidal intensity patterns and the use of phase shift algorithms. In the case of three-dimensional reconstruction of dynamic or moving objects, one of the trends is to reduce the number of steps or patterns to be projected. However, the accuracy of these systems is reduced as the number of steps decreases (to a minimum of 3 steps). This is because the projection systems present a non-linear response, which translates into the introduction of harmonics in the acquired sinusoidal patterns, and therefore, error in the recovered phase. In the last years, the defocused projection of binary patterns has emerged as an alternative to avoid the projector’s non-linearity and generates quasi-sinusoidal fringe patterns to reduce the phase error. In this work, we review different techniques that have been proposed in the literature to generate binary patterns, which synthesize quasi-sinusoidal patterns when projected out of focus. In addition, we analyze the error in the phase as a function of the defocusing amount and the fringe pitch.