[發明專利]一種三維輪廓的光學混合檢測方法

有效

• 申請號: 201611117498.5
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106767527B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 李玉勤;李歡歡;李泉;馬力;郭迪;姚東
• 申請（專利權）人: 西安知象光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種三維輪廓的光學混合檢測方法，步驟1，通過MEMS激光投影儀實現激光光刀和光柵投影；步驟2，匹配求視差，與雙目立體視覺結合進行重建。該測量方法采用MEMS投影技術實現同一個測量系統完成光刀和光柵混合測量，可以快速實現不同表面特性物體三維輪廓測量。采用同一個測量系統不增加任何硬件設備情況下實現光刀光柵兩種測量方法；采用的投影裝置可以快速投影多光刀，提高了測量精度與速度。

技術領域：

本發明屬于光學檢測領域，涉及一種三維輪廓的光學混合檢測方法，是一種光刀光柵混合三維測量方法。

背景技術：

三維掃描技術應用越來越廣泛，為了實現物體快速精確的三維測量，通常采用多攝像機拍攝的立體視覺方法和條紋投影的結構光方法。傳統的相移輪廓術法能夠測量任何曲面形狀的物體，測量范圍廣，但該方法存在標定困難，反射率問題；雙目立體視覺法測量系統簡單但是存在匹配難的問題。而將這兩種方法結合起來，利用相移輪廓術法測量出的絕對相位值輔助立體視覺法進行特征匹配，不僅解決了立體視覺“匹配難”的問題，另外還簡化了系統結構，提高了測量精度。但是該方法測量對象具有局限性，不能測量高反物體，比如金屬表面，高反表面不同角度反射率不均勻，造成局部過曝光，無法測量；

線結構光測量法是一種傳統三維測量方法，屬于結構光主動測量技術。線結構光測量法，又稱光刀法，是以一條或多條光線(光刀)圖像來重現物體三維形貌，即從光刀圖像中提取光刀中心位置，然后利用三角測量原理對光刀中心逐點進行求解，來獲得形面三維數據。該技術以其非接觸性、靈敏度高、實時性好、抗干擾能力強、對于金屬等高反表面同樣可以進行測量等優點。然而其缺點在于掃描需要運動機構配合降低了測量效率及精度。雖然其測量效率低，但用于測量金屬等高反物體。例如，在工業生產中，激光光刀對諸如航空發動機葉片、汽輪機葉片、傘形齒輪、螺旋齒輪等復雜精密零件的輪廓進行測量有著重要意義。

目前，由于投影裝置限制，光柵法和光刀法必須用兩種測量系統實現。一般光柵法為白光投影，無法實現光刀掃描；激光無法投影光柵，因而無法通過同一光源實現兩種方法的混合測量。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種光刀與光柵結合的三維測量方法，該測量方法采用MEMS投影技術實現同一個測量系統完成光刀和光柵混合測量，可以快速實現不同表面特性物體三維輪廓測量。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

一種三維輪廓的光學混合檢測方法，步驟1，通過攝像機自適應識別物體表面反射率特性選擇測量模式，模式一是光刀測量模式；模式二是光柵測量模式；模式三是光刀、光柵測量模式。利用MEMS激光投影裝置編程投影沿攝像機基線掃描的激光光刀，投影裝置發出同步信號觸發攝像機拍攝物體表面反射的序列光刀圖像，傳輸到計算機處理，再利用同樣的投影裝置投影可編程激光正弦光柵到物體表面，以2π/n為步長進行n次相移，同步攝像機拍攝n幅物體表面反射的光柵圖，傳輸到計算機處理；

步驟2，在模式一中對計算機拍攝的攝像機拍攝的光刀圖片和投影裝置投影的光柵圖片進行極線校正并提取出每條光刀中心像素坐標進行逐行匹配求視差圖，通過視差圖與雙目立體視覺標定結果對物體進行三維重建；

在模式二中將采集的光柵圖片進行極限校求出圖片中每點相位并進行相位去包裹利用相位相同進行逐行匹配求視差，通過視差圖與雙目立體視覺標定結果對物體進行三維重建；

在模式三中則需要同時計算模式一和模式二中兩種視差圖，分別與雙目立體視覺標定結果對物體進行三維重建得到兩種三維點云數據，根據物體表面反射率特性將二者融合得到完整物體表面輪廓。所述步驟1：通過攝像機自適應識別物體表面反射率特性即測量前采集被測物光柵圖片并計算灰度分布和圖片的對比度，如果對比度低于設定的閾值或灰度達到255則該區域選擇光刀測量模式，并將該區域設為ROI(region of interest)為后續重建做準備，剩余區域選擇光柵測量模式。