[發明專利]一種能夠抑制間接光照的三維形貌測量方法

在審

• 申請號: 201810183878.1
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108507494A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 趙慧潔;許陽;姜宏志;李旭東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種能夠抑制間接光照的三維形貌測量方法，可以在存在間接光照的情況下進行完整高精度三維測量，屬于光學測量領域。本發明基于結構光三維形貌測量系統，主要由一臺投影儀與一臺相機組成，投影儀與相機組成一個雙目立體視覺系統。本發明利用了雙目立體視覺中的極線幾何原理，極線幾何可以用來確定投影儀與相機上極線的對應關系。在測量過程中，一幅完整的結構光圖案被分為多次投射，每次只投射投影儀與相機極線幾何關系中的一條極線。由于直接光照只反射一次，出射點在相機圖像的對應極線上；而大部分間接光照經過多次反射或散射后，不再從相機圖像的對應極線上出射。當只保留相機圖像上對應極線的像素時，就可以抑制間接光照，避免間接光照對三維形貌測量造成影響。

技術領域

本發明涉及一種能夠抑制間接光照的三維形貌測量方法，可以在存在間接光照的情況下進行完整高精度三維形貌測量，屬于光學測量領域。

背景技術

光學三維形貌測量技術具有非接觸、速度快、精度高等特點，近些年來，隨著相關技術的不斷發展，其應用領域更加廣泛，包括制造業中的加工質量控制、文物古建數字化保護等。

結構光技術是常見的光學三維形貌測量方法，使用投影儀投射結構光圖案，利用相機拍攝經物體表面調制后的結構光圖案，對相機拍攝的圖案進行解碼，與投射圖案進行匹配，再利用三角測量原理，計算得到被測物的三維形貌。

當被測物存在凹陷表面，如金屬結構件、陶瓷工藝品，或半透明表面，如玉石的時候，投影儀投射的結構光圖案會產生間接光照，干擾結構光圖案的解碼與匹配。對于凹陷表面，間接光照的類型包括鏡面相互反射(Specular interreflection)、光澤相互反射(Glossy interreflection)、漫反射相互反射(Diffuse interreflection)，對于半透明表面，間接光照的類型主要是次表面散射(Subsurface scattering)。由于間接光照的存在，傳統的光學三維測量方法會存在數據缺失、精度下降的問題，需要向表面噴涂亞光粉來實現完整高精度測量。然而，在很多應用領域中，被測物表面不能進行干預，需要能夠抑制間接光照的三維形貌測量技術。

發明內容

本發明提出了一種能夠抑制間接光照的三維形貌測量方法，能夠解決間接光照導致測量數據缺失、精度下降的問題。為了實現上述目的，本發明采用以下的技術方案。

本發明基于結構光三維形貌測量系統，主要由一臺投影儀與一臺相機組成，投影儀與相機組成一個雙目立體視覺系統。本發明利用了雙目立體視覺中的極線幾何原理，極線幾何可以用來確定投影儀與相機上極線的對應關系。

在測量過程中，一幅完整的結構光圖案被分為多次投射，每次只投射投影儀與相機極線幾何關系中的一條極線。由于直接光照只反射一次，出射點在相機圖像的對應極線上；而大部分間接光照經過多次反射或散射后，不再從相機圖像的對應極線上出射。如果只保留相機圖像上對應極線的像素，就可以抑制間接光照，避免間接光照對三維形貌測量造成影響。

本發明的三維形貌測量方法的測量過程包括以下步驟：

(1)標定投影儀與相機組成的立體視覺系統的內外參數；

(2)對于投射圖像內的每條極線，根據內外參數生成投影儀極線掩模與相機極線掩模；

(3)對于每條極線，將原始結構光圖案與投影儀掩模相乘，得到投射圖案并用投影儀進行投射；

(4)投影儀每次投射時相機拍攝一幅圖像，并與對應的相機極線掩模相乘，只保留對應極線上的像素；

(5)累加乘以相機極線掩模后的所有相機圖像，得到抑制了間接光照的相機圖像；

(6)將投影儀原始投射結構光圖案與抑制了間接光照的相機圖像進行解碼、匹配與計算，得到被測表面的三維形貌。