[發(fā)明專利]一種快速三維形貌測(cè)量的方法及裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910079562.9
• 申請(qǐng)日: 2009-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN101482398A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慧軍;崔志偉;張玨;方競(jìng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25;G06T9/20;G06T7/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐 寧;關(guān) 暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器視覺方法及裝置，特別關(guān)于一種快速三維形貌測(cè)量的方法及裝置。?

背景技術(shù)

三維物體表面輪廓測(cè)量是獲取物體形態(tài)特征的一種重要手段，不僅在軍事、工業(yè)等領(lǐng)域具有重要意義，而且在醫(yī)藥健康、藝術(shù)娛樂等民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。光學(xué)非接觸三維形貌測(cè)量具有全場(chǎng)、快速、高分辨率和數(shù)據(jù)提取迅速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。目前常用的光學(xué)非接觸三維形貌測(cè)量方法包括激光三角投影法、莫爾投影法和結(jié)構(gòu)光法等。其中結(jié)構(gòu)光法通過加入編碼并覆蓋全場(chǎng)的模式投影，可以在較短的時(shí)間里測(cè)量數(shù)據(jù)，從而大大提高測(cè)量速度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)處理簡(jiǎn)單，無須復(fù)雜的條紋分析就能確定各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的絕對(duì)高度信息，甚至可以通過一次成像就獲得全場(chǎng)的三維信息。?

結(jié)構(gòu)光法的關(guān)鍵是通過編碼模式設(shè)計(jì)以及與之相應(yīng)的解碼算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的識(shí)別和測(cè)量。按照分類，結(jié)構(gòu)光法可以被分為時(shí)間鄰域的編碼方法、空間鄰域的編碼方法和直接編碼方法。它們的缺點(diǎn)在于時(shí)間鄰域的編碼方法使用多個(gè)投影模式，只能測(cè)量靜態(tài)物體；空間鄰域的編碼方法一般使用一個(gè)投影模式，但模式上某一個(gè)點(diǎn)需要依靠其本身的信息和空間鄰近的點(diǎn)的信息進(jìn)行編碼，即具有匹配的二義性問題；直接編碼法盡管直接使用點(diǎn)本身的信息進(jìn)行編碼，但對(duì)測(cè)量環(huán)境和設(shè)備要求很高，對(duì)噪聲的忍耐度差，而且對(duì)物體表面也有很高的要求。?

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有高空間分辨率和時(shí)間分辨率，可去除匹配中的二義性和提高對(duì)噪聲的忍耐度的快速三維形貌測(cè)量的方法及裝置。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種快速三維形貌測(cè)量的方法，它包括以下步驟：1)在計(jì)算機(jī)中依據(jù)多線投影編碼方法將一條以上的投影線進(jìn)行編碼，結(jié)果輸入各投影設(shè)備中；2)采集投影線圖像，首先依次記錄所述各投影設(shè)備在標(biāo)定時(shí)刻投影到參考平面的標(biāo)定圖像，其次依次記錄所述各投影設(shè)備在測(cè)量時(shí)刻投影到被測(cè)物體表面的測(cè)量圖像；3)在所述標(biāo)定圖像和測(cè)量圖像中使用分割算法分割出投影線，并使用中線識(shí)別算法確定投影線的中線位置；4)使用模式識(shí)?別的方法識(shí)別所述投影線的編碼；5)將所述標(biāo)定圖像和測(cè)量圖像進(jìn)行對(duì)比，找到編碼相同的投影線，進(jìn)而使用三角測(cè)量原理，得到所述標(biāo)定圖像和測(cè)量圖像之間相應(yīng)點(diǎn)的高度差數(shù)據(jù)；6)調(diào)整所述各投影設(shè)備采集的投影線圖像相應(yīng)點(diǎn)的高度差數(shù)據(jù)，將所述各投影設(shè)備的高度差數(shù)據(jù)合并到最終的三維形貌數(shù)據(jù)中，得出三維形貌測(cè)量結(jié)果；?

所述步驟1)中多線投影編碼方法為添加冗余碼的空間偽隨機(jī)序列編碼；其約束條件為，相鄰?fù)队熬€相同編碼只出現(xiàn)一次的唯一編碼條件；所述冗余碼為時(shí)間偽隨機(jī)序列編碼，用于校驗(yàn)步驟4)中所識(shí)別的空間偽隨機(jī)序列編碼的正確性。?

所述添加冗余碼的空間偽隨機(jī)序列編碼的原理為：如果在所述空間偽隨機(jī)序列編碼的投影線中以一條隨機(jī)的投影線起始的連續(xù)一組投影線，與所述時(shí)間偽隨機(jī)序列編碼中對(duì)應(yīng)于所述隨機(jī)的投影線所在列的投影線不匹配，則判斷所述步驟4)中所述空間偽隨機(jī)序列編碼的投影線識(shí)別有錯(cuò)誤，系統(tǒng)對(duì)誤識(shí)的投影線進(jìn)行修正；否則視為所述步驟4)中所述空間偽隨機(jī)序列編碼的投影線識(shí)別正確。?

所述多線投影編碼方法中的編碼表示為不同顏色的編碼，不同形狀的編碼，不同亮度的編碼，或不同寬度的編碼。?

當(dāng)所述編碼為u種表示時(shí)，在測(cè)量時(shí)對(duì)于每一個(gè)所述投影設(shè)備，所述圖像采集設(shè)備需要拍攝u-1張時(shí)間偽隨機(jī)序列編碼的投影線圖片。?

一種實(shí)現(xiàn)快速三維形貌測(cè)量的裝置，其特征在于：它包括兩個(gè)或兩個(gè)以上投影設(shè)備、一個(gè)圖像采集設(shè)備、一參考平面和一計(jì)算機(jī)；所述投影設(shè)備分別連接所述計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)中預(yù)置有投影線編碼程序和圖像識(shí)別程序，且控制各所述投影設(shè)備向一點(diǎn)投影經(jīng)過編碼的投影線；所述參考平面設(shè)置在所述圖像采集設(shè)備的正前方；所述圖像采集設(shè)備分別采集各所述投影設(shè)備的圖像信息，并輸入所述計(jì)算機(jī)中進(jìn)行投影線的識(shí)別和調(diào)整，得出三維形貌測(cè)量結(jié)果。?

所述裝置周圍設(shè)置遮光屏蔽物。?