[發明專利]一種基于彩色條紋投影的運動物體三維測量方法

有效

• 申請號: 202010737413.3
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN112097685B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 王玉偉;劉路;唐七星;奚冬冬;陳向成
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 李嘉寧

本發明公開了一種基于彩色條紋投影的運動物體三維測量方法，包括：步驟S1：搭建條紋投影三維測量系統；步驟S2：投影儀將彩色條紋投射到運動物體表面，經過運動物體表面的調制作用，產生變形的彩色條紋；步驟S3：攝像機同步采集所有變形的彩色條紋，提取出紅色通道中的正弦條紋和藍色通道中的余弦條紋；步驟S4：利用三步相移算法，分別計算出正弦條紋的截斷相位和余弦條紋的截斷相位；步驟S5：分別對正弦條紋截斷相位和余弦條紋截斷相位進行相位展開，得到正弦條紋絕對相位和余弦條紋絕對相位；步驟S6：計算正弦條紋絕對相位和余弦條紋絕對相位的平均相位，消除物體運動引起相位誤差；步驟S7：將平均相位轉換為高度信息，重建出運動物體三維形貌。

技術領域

本發明屬于三維測量技術領域，具體地說，本發明涉及一種基于彩色條紋投影的運動物體三維測量方法。

背景技術

條紋投影三維測量技術具有非接觸、精度高、速度快、結構簡單等優點，廣泛應用于工業檢測、生物醫學、農業工程、產品逆向開發等領域。傳統的條紋投影系統主要包括投影儀和攝像機兩部分，投影儀負責投射條紋至物體表面，攝像機負責采集物體調制后的條紋。通過提取調制條紋的相位分布，便可重建出物體的三維形貌。

目前，相移法和傅里葉法是兩種常用的相位提取方法，相對于傅里葉法，相移法的魯棒性更高，更適合測量復雜形貌的物體。一般情況下，相移法需要投射至少三幅條紋，物體運動會改變條紋間的相移量，導致相位計算錯誤，進而引起三維測量誤差。針對物體運動引起的三維測量誤差，國內外學者提出了一些三維測量誤差補償方法，均取得了不錯的效果。

例如：通過特征點匹配來估計物體運動信息，補償運動引起的測量誤差，但此類方法要求物體具有明顯特征,且為剛性物體(Optics Express,2013,21(25):30610-22；Optics Communications,2019,438:61-6)；利用額外的條紋來補償誤差，這樣會減緩物體的三維測量速度(Optics Express,2019,27(16):22100-15；Optics Express,2019,27(17):23948-58)；結合傅里葉等頻域法來補償誤差，但頻域法一般要求物體表面較為平滑(Optics Express,2016,24(20):23289-303)。綜上所述，如何準確且快速地測量出運動物體的三維形貌，是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供一種基于彩色條紋投影的運動物體三維測量方法，以解決上述背景技術中存在的問題。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種基于彩色條紋投影的運動物體三維測量方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：搭建條紋投影三維測量系統，包括投影儀和攝像機，所述投影儀和攝像機同步觸發開啟工作；

步驟S2：投影儀依次將三幅彩色條紋投射至運動物體表面，所述彩色條紋經過運動物體表面形貌的調制，產生變形的彩色條紋；

步驟S3：攝像機同步采集所有變形的彩色條紋，直接分離所有變形的彩色條紋的不同顏色通道，提取出紅色通道中的正弦條紋和藍色通道中的余弦條紋。

步驟S4：利用三步相移算法，分別計算出所述正弦條紋的截斷相位和余弦條紋的截斷相位；

步驟S5：分別對所述正弦條紋的截斷相位和余弦條紋的截斷相位進行相位展開，得到正弦條紋的絕對相位和余弦條紋的絕對相位。

步驟S6：計算所述正弦條紋的絕對相位和余弦條紋的絕對相位的平均相位，消除物體運動引起的相位誤差；

步驟S7：通過系統標定過程得到平均相位-高度轉換關系，將所述的平均相位轉換為高度信息，重建出運動物體的三維形貌。

優選的，所述步驟S2中，投影儀投射的所有的彩色條紋，其紅色通道用于編碼正弦條紋，其藍色通道用于編碼余弦條紋，其綠色通道置零，不編碼任何信息。