[發明專利]光學三維輪廓測量中的無效點探測與剔除方法

有效

• 申請號: 201710726411.2
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107367245B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 王昭;齊召帥;黃軍輝;袁迎春;高建民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種光學三維輪廓測量中的無效點探測與剔除方法，以圖中像素點對應的投影儀圖像坐標到其對極線的距離，作為有效性判據，該判據直接關系后續的三維重建精度，不隨被測物表面特性及測量環境等影響，具有全局適用性，避免了選取閾值不合適而造成無效點誤探的問題，從而可以準確探測無效點并將其剔除，獲得僅含有效點的三維重建結果，為后續點云噪聲剔除、點云拼接及曲面重構提供高質量的數據。

技術領域

本發明屬于光電測量領域，具體涉及光學三維輪廓測量中的無效點探測與剔除方法。

背景技術

光學三維輪廓測量技術一直是三維傳感與計量領域研究的熱點，廣泛應用于工業檢測、反求工程、人體三維建模、文物保護等方面。由于其具有非接觸、非破壞、速度快、精度高等特點，使其成為最為理想的輪廓形貌測量手段。

結構光三維輪廓測量方法，根據投射到物體上的光場以及投影系統、采集系統與被測物基準的幾何關系解調出被測物的三維信息。測量過程中由于陰影、背景以及環境噪聲等影響，不可避免的存在無效數據點，影響后續的數據處理及曲面重構。目前，一般以拍攝條紋的調制度為判據，對無效點進行探測與剔除：一種是操作者根據個人經驗及拍攝環境等因素，人為設定閾值，將調制度小于該閾值的像素點視為無效點并進行剔除；一種是采用算法自動選取閾值，并將小于該閾值的像素點進行剔除。然而，由于被測物表面不同部位的調制度常常不同，造成所(手動或自動)選取的閾值常常無法適用于上述所有部位，導致無效點誤判。另外，也有以相位的連續性和單調性為判據，對不滿足連續性與單調性的數據點進行剔除，達到無效點剔除的目的。然而，被測物表面常常存在突變或不連續，此時上述判據失效，造成無效點剔除失敗。

綜上所述，需要設計一種合適的判據及探測和剔除方法，避免上述基于調制度、連續性和單調性為判據存在的弊端，以有效剔除無效點。因此，十分必要研究一種能夠協調或解決上述問題的無效點探測與剔除方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種光學三維輪廓測量中的無效點探測與剔除方法，能夠在極線約束判據下，選取適用于全局的合理閾值，精確探測并剔除測量數據的無效點，避免現有剔除方法閾值選取困難及無效點誤判的問題。

為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：

步驟一，計算測量系統的基礎矩陣，為后續無效點的探測做準備；

步驟二，投影儀向被測物分別投影多頻相移條紋圖，并被相機依次拍攝采集，并發送至計算機中；

步驟三，計算機計算拍攝條紋的相位圖，并根據相位圖獲得圖中每個像素點的投影儀圖像坐標；

步驟四，計算機根據步驟一得到的基礎矩陣，計算相位圖中每個像素點在投影儀像面的對極線，并計算該像素點對應的投影儀圖像坐標到對極線的距離，作為該像素點的有效性判據，得到整幅圖像的有效判據圖；

步驟五，設置合適的閾值，將有效判據圖中所有超過閾值的像素點標記為無效點，其對應的標記值為0，其余點為有效點，標記值為1；

步驟六，剔除有效判據圖中所有標記值為0的點，僅對標記值為1的點進行三維重建，得到剔除無效點的三維點云數據。

步驟一中，計算測量系統的基礎矩陣時，首先通過投影儀向標定物投影特征陣列圖，特征陣列的投影儀圖像坐標已知，并用相機進行拍攝；繼而對拍攝圖進行特征提取，得到特征的相機圖像坐標，結合已知的投影儀圖像坐標，計算測量系統的基礎矩陣。

步驟二中所采用的多頻相移條紋圖中包括橫豎兩種條紋，其中，頻率最高的橫豎條紋圖用于測量，其余頻率的橫豎條紋圖用于解包裹。

步驟三中，采用相移算法計算拍攝條紋的包裹相位圖，并結合多頻條紋解包裹算法，得到解包裹相位圖；根據橫條紋和豎條紋的解包裹相位圖，計算圖中每個像素點對應的投影儀圖像坐標。