[發明專利]一種基于偏振態的單色黑白條紋結構光的圖像質量提升方法

在審

• 申請號: 202010102271.3
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN113280756A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 祝振敏;謝雨林;項鵬
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種應用于三維測量系統，基于偏振態的單色黑白條紋結構光的圖像質量提升方法。本發明以單色黑白條紋結構光為基礎，結合投影結構光的偏振態，建立了在偏振通道與光強度通道兩方面均包含信息的偏振結構光。另外建立了配套的，通過利用最小二乘法對被測物體表面反射光線的偏振態進行測量的方法，精確還原了包含在結構光的偏振通道中的信息。本發明所述的基于偏振態的單色黑白條紋結構光的圖像質量提升方法可以解決傳統結構光方法中的條紋質量低，相機離焦導致的條紋模糊等問題，可以應用于精密三維測量等領域，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及三維測量方法技術領域，具體涉及一種利用偏振單色結構光對表面反射率變換較大的物體進行三維測量的方法及系統。

背景技術

結構光三維測量技術在計算機視覺、自動駕駛等領域有著廣泛的應用。相比于二維的圖像，三維信息更加全面地記錄了場景的實際信息。結構光三維測量在逆向工程、物體外形檢測等方面是關鍵的技術基礎。但是，當在測量表面反射率變化較大的物體(HDR物體)時，相機傳感器往往會出現飽和現象，從而遮掩飽和區域的三維信息。現階段常用的測量HDR物體的方法有：多次曝光法，調節投影強度法，偏振結構光法。多次曝光法需要拍攝較多數量的圖像，速度難以提升。調節投影強度法需要在相機與投影儀之間設置反饋通路，同樣速度較慢。偏振結構光法通過在光路中加裝偏振片來濾除強反射光線來避免相機傳感器的飽和，這種方法無需拍攝大量圖像，速度較快，但是由于削弱了整體結構光強度而導致信噪比較低，相機離焦的相對誤差較大。

發明內容

本發明旨在針對傳統偏振結構光三維測量方式的信噪比低，相機離焦誤差大的缺陷，提出以單色黑白條紋結構光為基礎，結合結構光的偏振態與斯托克斯參量，實現高質量的結構光圖像獲取，成功解決了偏振結構光的精度低，誤差大的難題。該發明能夠有效提高偏振結構光的測量精度，具有廣泛的應用價值。為解決以上技術問題，本發明提供的技術方案是一種基于偏振態的單色黑白條紋結構光的圖像質量提升方法，應用于三維測量系統。所述三維測量系統包括光源單元、成像單元、控制單元、2組線偏振單元，其中光源單元以及成像單元均由控制單元控制，所述光源單元與成像單元的光心在水平方向或者豎直方向上重合。通過在光強與光偏振態2個方面存儲信息來達到改善精度的目的。本發明通過如下技術方案實現：

一種基于光線偏振態的結構光模式和相位圖估計方法，包括：

(1) 一種基于光線偏振態的結構光模式

(2) 一種基于光線偏振態的相位圖重構方式

一個基于光線偏振態的結構光三維測量系統，包括：

CCD相機，用于測量系統中圖像的拍攝。投影儀，用于向被測物體投影結構光。投影儀鏡頭前的線偏振片1，用于對投影儀投射出的光線就行線偏振話。相機鏡頭前的線偏振片2，用于對相機接收到的光線進行線偏振化。

該測量系統中，相機光心，投影儀光心，被測物體保持在同一水平面上，相機光心與投影儀光心相對被測物體左右大致對稱。線偏振片1所在平面與相機光軸互相垂直，線偏振片2所在平面與投影儀光軸互相垂直，如圖1所示。

該結構光分為投影光強與投影光偏振態2部分，包括：

(1) 投影光強：該結構光包括m幅依次投射的單色黑白條紋圖像，每幅圖像的條紋寬度逐幅減半，其中m與投影儀的分辨率相關。投影儀在黑色條紋區域不投射光線，投影光強為0，投影儀在白色條紋區域投射最大強度的光線。黑色條紋區域代表編碼0，白色條紋區域代表編碼1，m幅投影圖像將被測物體表面分割為2m部分，每部分均有自身獨立的編碼，該編碼又該部分區域在m次投影光線下的黑白條紋所代表的編碼所構成，如圖2所示。

(2) 投影光偏振態：投影儀投影出的光線為自然光，通過調整投影儀前的線偏振片1至橫向，投射到被測物體表面的白色條紋區域的光線可視為橫向偏振，黑色區域的光線由于僅存在自然光，可視為無偏振態。

所述基于光線偏振態的相位圖重構方式如下所示：

該重構方式分為偏振態測量與相位圖重構2部分，包括：