[發(fā)明專利]一種基于投影儀?相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補(bǔ)償方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611147980.3
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN106651962A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂辰剛;高爽;方干;鮑志強(qiáng);張帥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80;G01C11/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于投影儀-相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補(bǔ)償方法，屬于自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域；

背景技術(shù)

機(jī)器視覺在質(zhì)量檢測，過程控制，三維重構(gòu)等方面，扮演著越來越重要的角色。一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊，其中的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)獲取的圖像進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，所以圖像的質(zhì)量直接決定著機(jī)器視覺決策的準(zhǔn)確性，而獲取圖像的質(zhì)量又取決于圖像采集設(shè)備和照明設(shè)備。

但是，由于電荷耦合器件和數(shù)模轉(zhuǎn)換的限制，大部分相機(jī)都有一個(gè)有限的8-bit采集范圍。當(dāng)被測的場景有高反射率和低反射率的不同部分時(shí)，采集得到的圖像只有8-bit的像素信息，如果增加曝光使得低反射率的部分清晰，而高反射率的部分則變得飽和；反之，如果減少曝光使得高反射率的部分清晰，而低反射率的部分則變得黑暗，因此對(duì)于高反射率或者低反射率的部分會(huì)出現(xiàn)極亮或極暗的區(qū)域，造成細(xì)節(jié)信息的丟失，對(duì)后續(xù)的決策和執(zhí)行造成極其不利的影響。基于此，自適應(yīng)光補(bǔ)償技術(shù)在機(jī)器視覺的應(yīng)用中顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決在機(jī)器視覺中對(duì)于高對(duì)比度的場景采集出現(xiàn)極亮或極暗區(qū)域，而造成細(xì)節(jié)信息丟失的情況，提出一種基于投影儀-相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補(bǔ)償方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于投影儀-相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補(bǔ)償方法，包括下列步驟：

(1)將投影儀和相機(jī)放置在幕布的同側(cè)，并且為非同軸配置，幕布即作為參考平面；

(2)計(jì)算機(jī)生成的正弦光柵條紋作為參考條紋通過投影儀投射在三維物體表面，參考條紋受到深度的調(diào)制會(huì)發(fā)生條紋畸變，通過CCD相機(jī)獲取參考光柵條紋和畸變光柵條紋；

(3)結(jié)合傅里葉輪廓法，利用三角形相似原理推導(dǎo)出物體深度和條紋相位變化的關(guān)系；

(4)利用傅里葉變換在頻域中提取畸變光柵和參考光柵的基頻分量，再利用傅里葉逆變換將提取的基頻分量轉(zhuǎn)換回時(shí)域，得到折疊在-π到π區(qū)間的相位，通過相位解壓算法將不連續(xù)分布的折疊相位變成在空間中連續(xù)分布的解壓相位；

(5)將解壓相位代入相位和深度的轉(zhuǎn)換公式中，得到每一個(gè)像素點(diǎn)的深度，即建立投影儀和相機(jī)之間的通信，作為后續(xù)迭代算法的參數(shù)；

(6)將相機(jī)采集的圖像作為處理前的圖像，通過迭代算法將處理后的圖像用投影儀投射以覆蓋在三維物體表面，以突出需要的部分，遮蔽不需要的部分；

(7)將步驟(6)重復(fù)執(zhí)行多次，直到CCD相機(jī)獲取的圖像消除飽和部分，補(bǔ)償黑暗部分，恢復(fù)丟失的細(xì)節(jié)信息。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1>解決了采集高對(duì)比度場景時(shí)細(xì)節(jié)信息丟失的弊端，避免了外界光源對(duì)機(jī)器視覺決策和分析造成的不利影響；

2>本發(fā)明強(qiáng)調(diào)了投影儀在投影儀-相機(jī)系統(tǒng)中的補(bǔ)償作用，突出需要的部分，遮蓋不需要的部分，比現(xiàn)有的軟件補(bǔ)償處理速度快，在解決相機(jī)范圍限制的前提下更適用于工業(yè)生產(chǎn)；

4>光源的自適應(yīng)補(bǔ)償裝置只是在機(jī)器視覺的器件中添加數(shù)字投影儀，可滿足低成本系統(tǒng)構(gòu)建的要求。

附圖說明

圖1(a)和(b)分別為參考光柵圖形和畸變光柵圖形。

圖2(a)和(b)分別為不連續(xù)分布的折疊相位和連續(xù)分布的解壓相位。

圖3本發(fā)明中利用傅里葉輪廓法得到的深度輪廓圖。

圖4(a)和(b)為本發(fā)明在強(qiáng)照明下的飽和圖像和利用自適應(yīng)光補(bǔ)償方法的補(bǔ)償結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明；

本發(fā)明的自適應(yīng)光補(bǔ)償中，投影儀和相機(jī)采用非同軸配置，并且為了后續(xù)計(jì)算的方便，將投影儀和相機(jī)放置在同一水平線上。投影儀和相機(jī)之間的距離為d，投影儀到參考平面的距離為L，觀測點(diǎn)O的深度為h。利用三角形相似原理，有

代表相位的變化，有

將式(2)代入式(1)中，得到

圖1所示為本發(fā)明中的參考光柵圖形和畸變光柵圖形。將計(jì)算機(jī)生成的正弦光柵條紋，如圖1(a)所示，通過投影儀投射在三維物體表面，參考條紋受到物體深度的調(diào)制會(huì)發(fā)生條紋畸變，如圖1(b)所示，通過CCD相機(jī)獲取參考光柵條紋和畸變光柵條紋。

圖2所示為本發(fā)明中不連續(xù)分布的折疊相位和連續(xù)分布的解壓相位。參考光柵經(jīng)過傅里葉變換在頻域中提取出基頻分量，再經(jīng)過傅里葉逆變換將基頻轉(zhuǎn)換回時(shí)域，得到對(duì)畸變光柵進(jìn)行同樣的操作，得到則折疊相位為