[發明專利]基于彩色相機的雙投影結構光形貌法疊加光柵的分離方法

在審

• 申請號: 202010837900.7
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111998798A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張園鈞;張福民;曲興華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發明公開了一種基于彩色相機的雙投影結構光形貌法疊加光柵的分離方法，包括左投影儀、右投影儀和彩色相機，左投影儀的投影條紋顏色為紅色，右投影儀的投影條紋顏色為藍色；所述分離方法包括：(1)基于四步相移法求解主相位，對左、右投影光柵進行設計；(2)左投影儀和右投影儀同時對被測物體進行投影，在被測物體上形成彩色疊加相移光柵，并通過彩色相機對彩色疊加相移光柵進行采集；(3)根據顏色特性直接對得到的彩色疊加相移光柵中的疊加相移光柵進行光柵分離，并求解得到左投影儀所投影的相移光柵的主相位和右投影儀所投影的相移光柵的主相位，用于實現被測物體的三維測量。本發明可以對疊加光柵進行有效的分離。

技術領域

本發明涉及結構光視覺三維測量，特別涉及一種基于彩色相機的雙投影結構光形貌法疊加光柵的分離方法。

背景技術

三維形貌測量廣泛應用于逆向工程、產品檢驗、物理仿真等領域。條紋投影輪廓術以其速度快、精度高、非接觸操作、全場采集、信息處理方便等優點，已成為目前最重要的輪廓測量技術之一。對于復雜曲面的三維物體，單投影儀和單攝像機的測量范圍受到限制。陰影區域的信息將被淹沒，導致測量數據不完整。為了解決這一問題，雙投影結構光三維測量系統應運而生。然而，如何從疊加條紋中分離出相應的投影模式是一個亟待解決的問題。Griesser等人將投影儀和相機作為一個模塊，兩個模塊設置在相反的方向。因此，由相反的投影儀投影的圖案可以使相機在這一側失明，避免了圖案的疊加。Maimone等人利用投影儀和相機的固定單元將看到其自身圖案的銳化版本和移動的另一單元圖案的模糊版本。另一個單元模式的模糊將有助于消除重疊模式的歧義。Wang Jianfeng等考慮多個投影儀與紅外圖像的相關性以及紅外圖像之間的相關性，從而恢復重疊區域和非重疊區域的深度信息。Tardif.J.P.等人提到了用于校正重疊區域的強度混合算法。Yan Zengqiang等提出了可分離的層次模式。Je Changsoo等人通過從不同投影獲得不同方向彩色條紋的偏導數，分離出疊加光柵。Xiang Sen等在紋理分割的指導下，將干擾區域分為平坦區域和邊界區域，然后應用不同的馬爾可夫隨機場(MRF)模型計算最終的深度解。Petkovic Tomislav等人為每個投影儀上傳自己特別選擇的一組時間相移，從而在投影模式之間實現簡單有效的分離。以上研究不是設置了投影儀之間的特殊位置關系，就是采用復雜的算法對疊加圖像進行處理。行業上需要一種低成本、無需復雜編碼和分離算法、設備擺放無需滿足特定要求且能快速有效分離疊加相移光柵的分離技術。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種低成本、無需復雜編碼和分離算法、設備擺放無需滿足特定要求且能快速有效分離疊加相移光柵的分離方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于彩色相機的雙投影結構光形貌法疊加光柵的分離方法，所述分離方法所涉及的雙投影結構光視覺三維測量系統包括左投影儀、右投影儀和彩色相機，所述左投影儀的投影條紋顏色為紅色，所述右投影儀的投影條紋顏色為藍色；

所述分離方法包括以下步驟：

步驟1，基于四步相移法求解主相位，對左、右投影光柵進行設計；

步驟2，基于所設計的左、右投影光柵，所述左投影儀和所述右投影儀依照投影時序依次同時對被測物體進行投影，在被測物體上依次形成四幅彩色疊加相移光柵，并通過所述彩色相機對全部彩色疊加相移光柵進行采集，得到四幅彩色疊加相移光柵圖；

步驟3，根據顏色特性直接對得到的彩色疊加相移光柵圖中的疊加相移光柵進行光柵分離，得到四幅紅色光柵圖和四幅藍色光柵圖，并根據四幅紅色光柵圖求解得到所述左投影儀所投影的相移光柵的主相位、根據四幅藍色光柵圖求解得到所述右投影儀所投影的相移光柵的主相位，用于實現被測物體的三維測量。

進一步地，步驟1中，所述的對左投影光柵的設計包括：令所述左投影儀需要投影的四幅原始相移光柵為四個相位依次相差的紅色正弦光柵；所述的對右投影光柵的設計包括：令所述右投影儀需要投影的四幅原始相移光柵為四個相位依次相差的藍色正弦光柵。