[發明專利]一種基于相機響應曲線的結構光自適應三維測量方法

有效

• 申請號: 201810403285.1
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108827184B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 崔海華;程筱勝;李兆杰;田威;張小迪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種基于相機響應曲線的結構光自適應三維測量方法，其特征在于，包括：

S1：預設測量灰度值范圍和曝光時間范圍，在預設測量范圍內獲取基準圖像和基準曝光時間；

S2：選擇基準圖像中的基準點，并根據隨基準點的曝光時間的變化獲得的曝光量和灰度值來計算相機響應函數；

S3：使用相機響應函數來獲得所有點的相對輻照度值，基于相對輻照度值和相機響應函數來計算曝光次數和曝光時間；

S4：以不同曝光時間獲取的圖像融合為的新的條紋圖像序列并用于三維重建，

所述預設測量灰度值范圍和曝光時間范圍具體包括：

S21：預設測量灰度值范圍為V₁～V₂,預設曝光時間范圍即預設最小相機曝光時間t₁和最大曝光時間t₂的值；設置t₁值時，需滿足投射條紋時在當前值下相機視圖中的目標對象所在區域的最大值小于V₂；設置t₂值時，需滿足投射條紋時在當前值下相機視圖中的目標對象所在區域的最小值大于V₁；

所述在預設測量范圍內獲取基準圖像和基準曝光時間包括:投影儀向目標物體投射純白圖像，在預設曝光時間范圍內從t₁到t₂不斷改變相機曝光時間，在調整過程中統計相機視圖中所有像素灰度值在測量灰度值范圍內的個數，保存調整過程中圖像和對應曝光時間，選擇過程中對應最大像素灰度值的圖像作為基準圖像，基準圖像的曝光時間為基準曝光時間，選擇基準圖像上像素灰度值為V₁的點作為基準點，基準點照度值統一設置為一任意常數；

建立模板圖像F，其與基準圖像有相同的尺寸大小，模板圖像像素灰度值由下式決定：

上式(1)中，V_R(x,y)是基準圖像在在坐標(x,y)處的灰度值；

從基準曝光時間開始不斷增加曝光時間直到基準點的像素灰度值大于等于V₂，保存上述過程中的像素灰度值和曝光時間，用五次多項式來代表相機響應函數，如式(2)所示：

y＝Ax⁴+Bx³+Cx²+Dx+E (2)

將調整過程中的基準點的曝光量作為輸入值，與之對應的像素灰度值作為輸出值，利用最小二乘擬合算法得到5個未知系數A、B、C、D、E，這即是計算得到的相機響應函數，根據相機響應函數，可分別得到V₁對應的曝光量H₁和V₂對應的曝光量H₂。

2.根據權利要求1所述的基于相機響應曲線的結構光自適應三維測量方法，其特征在于，使用相機響應函數來獲得所有點的相對輻照度值通過獲得的相對輻照度值結合相機響應函數來計算曝光次數和曝光時間包括：

S41：對模板圖像F中像素灰度值為1的點，遍歷步驟S21計算得到的圖像序列，當找到序列中某一圖像上此坐標像素值處于最佳測量范圍內時，利用計算得到的相機響應函數得到此點的曝光量，曝光量除以圖像對應曝光時間即為此點的相對照度值；

S42：對模板圖像F中像素灰度值為0的點，根據基準圖像在此點下的像素灰度值和相機響應函數得到此點對應的曝光量，曝光量除以基準曝光時間即為此點的相對照度值；

S43：在獲取所有目標點的相對照度值后，找到其中的最小值E₁,H₁/E₁的值即為一次曝光時間，刪除在當前曝光時間下曝光量在H₁-H₂之間的點對應的相對照度值；重復S43直到所有的照度值都被刪除，計算過程中得到的曝光時間即為測量所需曝光時間。