[發明專利]一種光柵投影三維測量系統的誤差校正方法

有效

• 申請號: 201611159007.3
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106595522B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 達飛鵬;饒立
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開了一種光柵投影三維測量系統的誤差校正方法，其目的在于當測量表面反射率低的物體時，利用圖像調制度中承載的物體反射率信息，對原始圖像進行像素調整，從而提高相位質量。其實現步驟為：首先用相機采集受物體影響的變形條紋；然后用采集到的圖像計算調制度系數I并將其進行歸一化；設定分割閾值T，將所有I＜T的像素點分類，每一類中所有像素對應的I值相近；對于每一類中所有像素，可以獲取若干組N個灰度值，將這些組灰度值進行求均值，可獲取一組灰度值曲線；最后用該組平均灰度值來替換該類中所有像素對應的N個灰度值，完成圖像的校正工作。校正之后的圖像可以用于計算相位，相位信息可以最終轉化為待測物體的三維信息。

技術領域

本發明涉及一種光柵投影三維測量系統誤差校正方法，屬于計算機視覺中三維重構的領域。

背景技術

基于光柵投影的三維測量技術FPP(fringe projection profilometry)由于其精度高，速度快，受環境光影響較小等優點，近年來受到了廣泛的研究和應用。作為一種基于主動光投影的三維測量方法，FPP也有相應的局限性。其中最為明顯的一個是測量系統中所采用的工業相機在實際測量過程中會產生多種噪聲，該噪聲會降低采集到的圖片的信噪比(signal-to-noise ratio)，影響光柵圖像的質量，從而影響求解的相位質量以及最終的三維重構精度。該現象尤其在測量低反射率物體時較為嚴重。

對于表面紋理復雜，尤其是具有較暗紋理的物體，FPP系統采集到的圖片信噪比較小，從而在暗部紋理圖像部分求解得的相位質量較差。針對這一問題，目前絕大部分解決方法或是通過提高相機光圈大小，快門速度和相機增益，或是整體提高投影儀投影光強，從而使得拍攝到的圖片中，暗部紋理部分獲得充足曝光值。該類方法可以有效提高暗部細節的相位信息，但其缺點為增加光圈大小，曝光時間和相機增益會造成部分圖像飽和，即圖像灰度值達到255(對于圖像格式為8位的工業相機)，尤其是當物體表面紋理非常暗的時候，該類方法會造成嚴重的圖像飽和。同時，該類方法往往需要對一個物體進行若干次測量，然后將不同的測量結果融合成為一個最終的結果。整個測量過程操作較為繁瑣，且相機參數的調節難以量化。

造成暗部表面紋理對光柵圖像質量有影響的主要原因有兩個：相機的采樣效應和隨機噪聲。相機的采樣效應對光柵圖像質量的影響可以通過使用更高位數的相機或者采用上述多重曝光和調整投影儀亮度的方法進行改善；隨機噪聲則需要額外設計算法進行補償，這也是本專利的主要內容。

發明內容

發明目的：光柵投影三維測量系統在測量具有較暗紋理的物體時，會出現較為明顯的相位誤差。針對此問題，本發明提供一種基于對所采集的光柵條紋圖像進行調制度分析并直接對圖像進行校正，從而校正最終的相位誤差的方法。該方法無需借助除測量系統本身以外任的硬件，也無需對同一物體進行多次測量，僅通過分析光柵條紋圖的調制度信息，實現低反射率部分的相位誤差補償。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種光柵投影三維測量系統的誤差校正方法，包括：

(1)用投影儀向待測物體表面投射N幅相移正弦光柵圖像并用相機采集；

(2)根據采集得到的N幅相移條紋圖求解調制度系數；

(3)基于調制度系數確定物體表面發射率較低的部分，對應的像素點為需要處理的像素點；

(4)將所有要處理的像素點根據調制度系數進行分類，同一類的像素點的調制度系數相近；

(5)對于每一類中若干個像素，每個像素對應一組N個灰度值，將這些像素的若干組N個灰度值對應位置進行求均值操作，然后用均值替換原像素的灰度值，實現圖像校正；

(6)基于校正后的圖像計算主值相位并最終求解物體的三維信息。