[發明專利]基于表面幾何特性的結構光重建顏色校正方法

有效

• 申請號: 200910072496.2
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101813522A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 吳海濱;于曉洋;王洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01J3/46
• 分類號: G01J3/46
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術領域：

本發明涉及視覺測量與重建技術領域，尤其涉及結構光顏色信息重建過程 中的一種顏色校正方法。

背景技術：

在逆向工程、快速原形等領域，獲取物體三維信息和顏色信息進而完成物 體表面形狀和顏色的重建有著迫切的需求。視覺測量以圖像為基礎獲取物體三 維信息和顏色信息，是滿足上述需求最為有效的手段，具有非接觸、高效高速、 高度自動化、低成本等優點，可應用于醫學、考古、服裝、雕刻、汽車、家電 等行業。

視覺三維測量技術包括結構光、立體圖像、全息法、激光雷達等多種原理， 其中結構光法具有成本低、分辨率高和速度快的優勢并最具實用性。結構光法 向物體投射光圖案，采集編碼圖像后根據三角法得到物體表面三維坐標。

在諸多三維數字化應用中除了對三維信息的需求還存在對顏色信息的需 求。

目前，一些研究機構對顏色信息獲取技術做出了研究。通常可將顏色獲取 技術分為掃描法和圖像法。掃描法投射不同波長的光條，分析反射光條的R、 G、B分量值，從而獲取光條上點的顏色信息，通過掃描完成全部顏色信息的獲 取。圖像法在白光條件下拍攝物體表面的彩色圖像，從像素中提取全部采樣點 的顏色信息。

在掃描法方面，加拿大NRCC研究中心研制的彩色激光三維掃描儀，分別 投射R、G、B激光光條，拍攝相應的分量灰度圖像，合成顏色信息。主要應用 于考古學對化石表面的形貌和顏色分析；日本Minoalta的Vi9i系列便攜式激光 掃描儀，也采用類似的思路，在黑白CCD前加裝旋轉陣列濾光片，分別采集濾 光后的R、G、B分量。掃描法具有較高的準確度，但每幅圖像只能獲取一個光 條上的顏色信息。因此需要拍攝多幅圖像才能完成整體顏色信息的采集，計算 量龐大、效率較低。

在圖像法方面，IBM技術中心采用五個位置各異的場景照明光源，分別采 集五幅彩色圖像。根據數據點在五幅圖像中不同的R、G、B值，結合投射方向 對顏色信息進行修正；斯坦福大學分別在開啟和關閉照明光源的情況下拍攝兩 幅彩色圖像，結合表面粗糙度特性，對顏色信息進行修正；天津大學拍攝物體 的24位彩色圖像，直接在彩色圖像中提取采樣點對應像素的顏色信息；專利 200810052246.8提供了一種雙攝像機顏色渲染方法，易于實現且渲染準確度較 高。圖像法減小了計算量，提高了效率，但均未考慮物體表面三維幾何特性對 成像顏色的影響，如何獲取真實顏色進行顏色重建成為需要解決的問題。

發明內容：

本發明的目的在于針對結構光顏色重建方法的不足，提供一種物體表面重 建顏色校正方法，基于表面的幾何特性進行光強分析、計算顏色校正系數，進 而得到準確的被測表面顏色信息。

為實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種基于表面幾何特性的結構 光重建顏色校正方法，步驟包括：

1.利用結構光系統獲取被測表面采樣點的三維數據和顏色數據，依次將每 個采樣點作為中心采樣點，根據中心采樣點和其鄰域內多個采樣點的三維數據 擬合空間曲面，在空間曲面上過中心采樣點作切面。

2.以切面表征被測表面局部幾何特性，針對切面作入射光強分析和反射光 強分析，進而計算出中心采樣點的顏色校正系數。

3.利用各中心采樣點的顏色校正系數校正其顏色數據。

所述的基于表面幾何特性的結構光重建顏色校正方法，在第1步中，三維 數據以空間坐標(x，y，z)存儲、顏色數據以(R，G，B)值存儲。以空間坐標(x，y，z) 存儲的三維信息便于表面幾何特性分析，以(R，G，B)值存儲的顏色信息便于校 正。

所述的基于表面幾何特性的結構光重建顏色校正方法，在第1步中，中心 采樣點的領域定義為，與中心采樣點距離最小的4個采樣點。中心采樣點結合 4個相鄰采樣點擬合的空間曲面能夠準確地反映中心采樣點處的局部表面幾何 特性。