[發(fā)明專利]一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811292271.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN109579741B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左超;錢佳銘;陳錢;陶天陽;馮世杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法，其特征在于步驟如下：

步驟一，調(diào)整測(cè)量系統(tǒng)中四個(gè)相機(jī)和一個(gè)投影儀的空間位置，完成系統(tǒng)的標(biāo)定；

步驟二，分別用傅里葉輪廓術(shù)和相移輪廓術(shù)得出被測(cè)物包裹相位，利用立體相位展開法展開相位，分別求出傅里葉輪廓術(shù)和相移輪廓術(shù)兩種方法下第一黑白相機(jī)即主相機(jī)的亞像素匹配點(diǎn)；

步驟三，利用當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻傅里葉輪廓術(shù)的絕對(duì)相位差異，選取合適的閾值判斷出運(yùn)動(dòng)區(qū)域，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)區(qū)域用傅里葉輪廓術(shù)的結(jié)果，靜止區(qū)域用相移輪廓術(shù)結(jié)果；

步驟四，用融合的亞像素匹配點(diǎn)計(jì)算被測(cè)物的空間三維點(diǎn)，并獲取彩色相機(jī)在主相機(jī)上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的彩色紋理，完成三維數(shù)據(jù)的真彩色顯示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟一中，測(cè)量系統(tǒng)各部件的擺放位置為：第一黑白相機(jī)與投影儀之間留出再擺放一個(gè)相機(jī)的空隙，第二黑白相機(jī)置于第一黑白相機(jī)與投影儀之間并且靠近第一黑白相機(jī)擺放，第三黑白相機(jī)與第一黑白相機(jī)關(guān)于投影儀對(duì)稱擺放，彩色相機(jī)與第二黑白相機(jī)關(guān)于投影儀對(duì)稱放置，投影儀和四個(gè)相機(jī)之間用四根觸發(fā)線相連接，四個(gè)相機(jī)和計(jì)算機(jī)用四根數(shù)據(jù)線相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟二中，用三步相移法進(jìn)行相移輪廓術(shù)，同時(shí)利用三步相移法中的第二幅條紋再加一幅全白圖進(jìn)行背景歸一化的傅里葉輪廓術(shù)，第一黑白相機(jī)采集到的四幅圖可表示為：

上式中，(u^C,v^C)表示相機(jī)上的一個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)，表示相機(jī)采集到的全白圖，表示相機(jī)采集到的三幅光強(qiáng)圖，A^C表示平均光強(qiáng)，B^C表示調(diào)制度光強(qiáng)，Φ^C表示條紋圖的相位。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟三中，通過相位幀差法來判斷運(yùn)動(dòng)，即用相鄰時(shí)刻兩相位的差異程度來判斷個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，具體如下：t時(shí)刻與t-Δt時(shí)刻的相位差ΔΦ^C表示為：

式中表示t時(shí)刻相位隨時(shí)間的變化率，只要某點(diǎn)相位的變化大于閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，具體判斷過程如下：

式中，thre_Φ表示判斷的閾值，表示t時(shí)刻判斷運(yùn)動(dòng)的輸出結(jié)果，結(jié)果為1表示運(yùn)動(dòng)，0表示靜止。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟三中，閾值選取過程如下：首先，在靜態(tài)場(chǎng)景下對(duì)n個(gè)連續(xù)時(shí)刻t₀～t_n-1的傅里葉輪廓術(shù)的相位圖中某個(gè)固定區(qū)域的相位求平均得到一平均相位，求得的平均相位可近似表示為在沒有環(huán)境光噪聲影響下的相位，用該平均相位和t_n-1時(shí)刻的相位作差并求其直方圖，剔除掉點(diǎn)數(shù)小于50的直方圖區(qū)域，然后得到兩個(gè)差異最大的區(qū)間，對(duì)該區(qū)域求絕對(duì)值，取其上限作為相位閾值，該閾值即是靜止情況下由于環(huán)境光干擾因素引起的相位最大波動(dòng)，只要某點(diǎn)相位波動(dòng)大于靜止情況下的最大波動(dòng)，則認(rèn)為該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟三中，合理選擇三步相移條紋圖像中的一幅來做傅里葉變換，選擇的過程如下：第一黑白相機(jī)采集到的條紋圖可表示為：

式中表示相機(jī)采集到的運(yùn)動(dòng)中的三幅光強(qiáng)圖，分別表示運(yùn)動(dòng)對(duì)第一幅和第三幅條紋引起的相移誤差；對(duì)于平移運(yùn)動(dòng)的物體，滿足以下關(guān)系：

或者

在該運(yùn)動(dòng)情況下，最終用相移輪廓術(shù)求解的相位是沿著第二幅光柵圖的傅里葉輪廓術(shù)的結(jié)果上下波動(dòng)；

對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)作平移運(yùn)動(dòng)來處理，若將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)看作多個(gè)短時(shí)間間隔內(nèi)的離散運(yùn)動(dòng)，則沿旋轉(zhuǎn)中心將物體分成兩部分，一部分是在朝一個(gè)方向做平移運(yùn)動(dòng)，另一部分是在朝另外一個(gè)方向做平移運(yùn)動(dòng)；

對(duì)于忽然改變運(yùn)動(dòng)方向而朝相反方向運(yùn)動(dòng)的物體，若第一黑白相機(jī)采集的一組三步相移光柵圖中，恰好既有沿第一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的光柵圖，又有沿第二個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的光柵圖，則滿足以下關(guān)系：

或者

在該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，最終用三步相移法求得的結(jié)果是沿著第三幅圖的傅里葉結(jié)果上下波動(dòng)，最終應(yīng)選擇用第二幅光柵圖來做傅里葉變化。