[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)光柵投影的高動態(tài)性能三維測量方法

有效

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• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106705855B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 達飛鵬;李韶旭;饒立
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發(fā)明公開了一種基于自適應(yīng)光柵投影的高動態(tài)性能三維測量方法，包括：設(shè)定圖像的飽和閾值；對于待測量的物體投影全白圖像并用相機采集圖像，改變投影圖像的灰度生成合適的光柵使相機圖像不存在飽和；投影經(jīng)過初次調(diào)節(jié)的光柵并采集圖像，利用相移法和格雷碼法求取絕對相位，利用相位完成過亮區(qū)域的相機圖像坐標(biāo)及投影光柵圖像坐標(biāo)的匹配；投影圖像并用相機采集圖像，基于坐標(biāo)匹配結(jié)果逐像素調(diào)節(jié)投影圖像灰度生成最終的自適應(yīng)光柵圖；投影最終生成的光柵圖并采集圖像，利用相移法和格雷碼法求取絕對相位；利用標(biāo)定好的相機參數(shù)和求取的絕對相位，根據(jù)空間交匯法計算出被測物體的三維坐標(biāo)信息。最終實現(xiàn)高動態(tài)性能的精確三維測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維信息重構(gòu)的領(lǐng)域，具體涉及一種高動態(tài)性能的光柵投影三維測量方法。

背景技術(shù)

光學(xué)三維測量技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確地獲取物體的三維數(shù)據(jù)，可用于三維模型重建、物體表面輪廓測量、工業(yè)環(huán)境中的尺寸和形位參數(shù)的檢測等，被廣泛應(yīng)用于逆向工程、工業(yè)檢測、虛擬現(xiàn)實、文物保護和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。

光柵投影三維測量是一種重要的光學(xué)三維測量技術(shù)，通過向物體表面投射正弦光柵，將物體表面的形狀信息調(diào)制在光柵之中，利用CCD相機獲取物體表面的光柵條紋圖像，并使用特定的條紋分析方法對圖像進行處理，提取其中的相位信息，從而獲取物體的三維信息。

基于DLP(digital light procerssing)投影儀的數(shù)字光柵投影技術(shù)越來越多地應(yīng)用于高質(zhì)量的三維光學(xué)測量，但傳統(tǒng)的三維測量系統(tǒng)對待測物體有一定限制，要求物體表面有足夠的漫反射且不發(fā)生鏡面反射。高光物體會導(dǎo)致相機飽和，致使最終不能恢復(fù)出正確的相位信息和物體三維信息。而自適應(yīng)的光柵投影系統(tǒng)可以較好地解決這一問題。

自適應(yīng)的光柵投影系統(tǒng)可以根據(jù)物體表面信息反饋準(zhǔn)確生成相應(yīng)的光柵條紋，對于過亮區(qū)域，調(diào)整與之相對應(yīng)的投影區(qū)域的光柵的強度，使該區(qū)域最終都可以處于剛好不過曝的狀態(tài)，消除由于鏡面反射所造成的飽和現(xiàn)象，得到較好的測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明目的在于提供一種基于自適應(yīng)光柵投影的高動態(tài)性能三維測量方法，通過根據(jù)待測物體自適應(yīng)地生成光柵圖像，可以解決由于相機飽和所導(dǎo)致的相位誤差和測量誤差。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于自適應(yīng)光柵投影的高動態(tài)性能三維測量方法，包括如下步驟：

(1)設(shè)定圖像的飽和閾值；

(2)對于待測量的物體投影全白圖并利用相機采集圖像，將圖像中像素超過飽和閾值的區(qū)域記為過亮區(qū)域，改變投影圖像的灰度值以消除圖像中存在的飽和，利用得到的灰度值生成經(jīng)過初次調(diào)節(jié)的光柵；

(3)投影經(jīng)過初次調(diào)節(jié)的光柵并采集圖像，利用相移法和格雷碼法求取絕對相位，利用相位完成過亮區(qū)域的相機圖像坐標(biāo)及投影光柵圖像坐標(biāo)的匹配；

(4)投影全白圖像并利用相機采集圖像，基于過亮區(qū)域的坐標(biāo)匹配結(jié)果逐像素調(diào)節(jié)投影圖像的灰度，以消除圖像中存在的飽和，利用最終得到的灰度值生成最終的自適應(yīng)光柵圖；

(5)投影最終生成的光柵圖并采集圖像，利用相移法和格雷碼法求取絕對相位；

(6)利用標(biāo)定好的相機參數(shù)和求取的絕對相位，根據(jù)空間交匯法計算出被測物體的三維坐標(biāo)信息。

作為優(yōu)選，步驟(2)中利用二分法改變投影圖像的灰度值以消除圖像中存在的飽和。

作為優(yōu)選，步驟(2)中生成經(jīng)過初次調(diào)節(jié)的光柵的方法為：

I_i(u,v)＝I_END(0.5+0.5cos(φ(u,v)+δ_i))