[發明專利]一種結構光三維成像系統及非線性誤差抑制方法

在審

• 申請號: 202211246983.8
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115900580A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 吳衡;郝欣悅;鄧磊;郭梓杰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T17/00;G06T5/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 廖俊輝

1.一種結構光三維成像系統，其特征在于，包括計算機、目標物、相機、光柵發生器、傳送帶、運動控制器與投影物鏡；

所述計算機分別與所述相機、所述光柵發生器、所述運動控制器連接，所述相機與投影物鏡依次設置于所述傳送帶的一側，所述光柵發生器設置于目標物的頂部；

所述運動控制器還與所述傳送帶連接，所述目標物位于所述傳送帶上。

2.根據權利要求1所述一種結構光成像系統，其特征在于，所述相機有兩個，且分別位于所述投影物鏡的兩側。

3.一種結構光三維成像非線性誤差抑制方法，其特征在于，采用權利要求1-2任一項所述的結構光三維成像系統，包括以下步驟：

S1、利用所述結構光三維成像系統拍攝所述目標物的圖像；

S2、利用非線性誤差抑制方法處理所述目標物的圖像；

S3、采用四步相移法重建目標物的高清三維圖像。

4.根據權利要求3所述的一種結構光三維成像非線性誤差抑制方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟：

S21、判斷圖像是否存在伽馬畸變及圖像的伽馬畸變程度；

S22、根據圖像的伽馬畸變程度對圖像的伽馬畸變進行伽馬校正。

5.根據權利要求4所述的一種結構光三維成像非線性誤差抑制方法，其特征在于，所述步驟S21包括以下步驟：

S211、用正弦條紋進行投影，若不存在伽馬畸變，由于正弦反向條紋圖像的相位值與原條紋圖案相位值相差180度，即條紋波峰與波谷的位置相反，此時不同相移量的一組條紋圖案求和得到的平均光強值A是一致的；若存在伽馬畸變，則不滿足正弦條紋圖案這一特性，對一組具有伽馬畸變的條紋圖案求和，可以得到：

上式中(x,y)是投影圖案上某一個像素的坐標，I_n和是關于(x,y)的變量，I_n表示(x,y)這一點的光強值，而表示不同相移量的(x,y)這一點的光強值，A是整個被測環境的平均光強值，γ表示結構光系統的伽馬值，其描述了系統的非線性畸變程度，B是光強調制系數，反映了被測物體表面的反射率，N是相移步數，表示條紋圖像總數，n是相移序號，用于標出某一條紋圖像在整組圖像中的編號，且

S212、投影多個不同δ_n的光柵圖像得到的A'相減，得到的差值ΔA'可以表示為：

上式中ΔA'隨著δ和變化而變化，當步驟1公式中的伽馬值γ等于1時，也就是當條紋圖像不存在非線性畸變時，帶入ΔA'的計算公式可以得到，條紋圖案中的二階及二階以上的諧波被消除，且只有此時ΔA'恒等于0，因此，ΔA'可以被用來判斷條紋圖案出現的非線性畸變程度，當ΔA'＝0時，條紋圖像不存在非線性畸變；當ΔA'≠0時，條紋圖像存在非線性畸變。

6.根據權利要求5所述的一種結構光三維成像非線性誤差抑制方法，其特征在于，所述步驟S212還包括以下步驟：

將所述步驟S212中的諧波項合并得：

7.根據權利要求6所述的一種結構光三維成像非線性誤差抑制方法，其特征在于，所述步驟S22包括以下步驟：

S221、令此時生成的四幅條紋圖案剛好就是四步相移法中的條紋圖案，這就使得校正過程可以在測量過程中完成，大大提升了誤差校正的速度，使用四步相移法得到ΔA'，ΔA'可表示為：

S222、令用于校正的伽馬系數為γ′，那么校正后的含有目標物的結構光圖像I'_n可以寫成：

I'_n＝(I_n)^γγ’；

S223、采用迭代的方式計算系統的伽馬系數，將所述步驟S221與所述步驟S222聯立可得目標函數J(γ')如下：

通過將上述目標函數降至最低值，即可找出系統的伽馬系數；也可以帶入[a,b]內的伽馬系數進行對比，并找出目標函數最小值對應的即可；

步驟S224、將所述步驟S223得到的伽馬系數γ’帶入公式：

I'_n＝(I_n)^γγ’

即可得到校正后的含有目標物的結構光圖像I'_n。