[發(fā)明專利]一種正交多投射的混疊圖像不分離結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310431122.5
• 申請(qǐng)日: 2023-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116429014A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧高旭;馬立東;姬小峰;牛健;郭瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01B11/30
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 林佳純

本發(fā)明公開(kāi)了一種正交多投射的混疊圖像不分離結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，包括：搭建多投射結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量平臺(tái)；通過(guò)投影裝置與對(duì)應(yīng)攝像裝置進(jìn)行單獨(dú)投射與拍攝，生成相移圖像，基于相移圖像求解所述測(cè)量平臺(tái)的伽馬值，求解相移圖像的頻率和灰度值；將預(yù)設(shè)編碼圖像投射到待測(cè)量物體的表面，獲得混疊圖像，求解混疊圖像的相對(duì)相位及絕對(duì)相位，根據(jù)內(nèi)外部參數(shù)，進(jìn)行深度信息求解，獲取點(diǎn)云信息，然后根據(jù)測(cè)量平臺(tái)的標(biāo)定參數(shù)對(duì)點(diǎn)云信息進(jìn)行融合，獲得被測(cè)物體表面的點(diǎn)云圖，用于物體表面的三維形貌測(cè)量及物體尺寸的測(cè)量。本發(fā)明可以有效地保證大尺寸物體的有效測(cè)量，可應(yīng)用于大尺寸金屬表面平整度及表面質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域，具有重大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正交多投射的混疊圖像不分離結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法。

背景技術(shù)

機(jī)器視覺(jué)在現(xiàn)代工業(yè)制造中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在一些高危環(huán)境中以及人工不可觸的條件下更能凸顯出其優(yōu)勢(shì)。視覺(jué)三維重建是指用相機(jī)拍攝真實(shí)世界的物體、場(chǎng)景，并通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行處理，從而得到物體的三維模型。三維重建技術(shù)被廣泛用于3D面部識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人導(dǎo)航、機(jī)器人抓取和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)與其他三維測(cè)量技術(shù)相比則更顯優(yōu)勢(shì)，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、測(cè)量速度快和受環(huán)境光影響小。但是，單投射結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)通常都不能夠做到一次性獲取被測(cè)物體的表面全貌，尤其是對(duì)實(shí)時(shí)性較高的場(chǎng)景則需要一次獲取被測(cè)物的三維形貌。多相機(jī)多投影的多結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)不僅可以解決一次性全貌重建的問(wèn)題，也可以利用同一視角下的多投射解決單視角重建中的光線遮擋問(wèn)題。

多投影儀對(duì)條紋圖像的同時(shí)投射所導(dǎo)致的圖像混疊問(wèn)題是無(wú)法避免的。如果要解決該問(wèn)題，最直接的方法是對(duì)相機(jī)所拍攝的混疊圖像進(jìn)行分離，然后再按照單投影結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)進(jìn)行三維重建。但目前的多相機(jī)多投影測(cè)量方法存在著測(cè)量效率低，重疊圖像分離精度差的問(wèn)題，這嚴(yán)重影響到它的實(shí)際應(yīng)用推廣

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種正交多投射的混疊圖像不分離結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，利用所求解的復(fù)雜邊界條件對(duì)頻率和強(qiáng)度值進(jìn)行約束，解決了圖像混疊時(shí)會(huì)出現(xiàn)的亮度過(guò)曝和類干涉模糊問(wèn)題；并對(duì)混疊圖像的時(shí)間和空間特性進(jìn)行研究，利用一維的離散傅里葉變換對(duì)基于時(shí)間順序拍攝的相移圖進(jìn)行變換，通過(guò)相位譜分析而分別求得每個(gè)投影儀對(duì)應(yīng)的相位，然后利用相位-深度解算方法而獲得物體表面的三維形貌。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種正交多投射的混疊圖像不分離結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，包括：

搭建多投射結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量平臺(tái)，并調(diào)試所述多投射結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量平臺(tái)；其中，所述多投射結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量平臺(tái)包括攝像裝置、投影裝置、網(wǎng)卡以及計(jì)算機(jī)設(shè)備；

通過(guò)所述投影裝置與對(duì)應(yīng)攝像裝置進(jìn)行單獨(dú)投射與拍攝，生成相移圖像，基于所述相移圖像求解所述測(cè)量平臺(tái)的伽馬值，并將所述伽馬值編碼于后續(xù)投射的相移圖中，求解所述相移圖像的頻率和灰度值，確定所述攝像裝置和所述投影裝置的內(nèi)外部參數(shù)；

將預(yù)設(shè)編碼圖像投射到待測(cè)量物體的表面，獲得混疊圖像，求解所述混疊圖像的相對(duì)相位及絕對(duì)相位，根據(jù)所述內(nèi)外部參數(shù)，進(jìn)行深度信息求解，獲取點(diǎn)云信息，然后根據(jù)所述測(cè)量平臺(tái)的標(biāo)定參數(shù)對(duì)所述點(diǎn)云信息進(jìn)行融合，獲得被測(cè)物體表面的點(diǎn)云圖，用于物體表面的三維形貌測(cè)量及物體尺寸的測(cè)量。

優(yōu)選地，所述多投射結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量平臺(tái)中所述攝像裝置不少于兩臺(tái)，所述投影裝置不少于三臺(tái)，所述攝像裝置與所述投影裝置之間建立有一致性觸發(fā)機(jī)制；其中，所述一致性觸發(fā)機(jī)制為所述投影裝置保持一致性投影，投影完成后觸發(fā)所述攝像裝置進(jìn)行采集，同時(shí)所述攝像裝置在每次采集完混疊圖像后觸發(fā)所述投影裝置投射下一幅圖像。

優(yōu)選地，調(diào)試所述多投射結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量平臺(tái)，包括：

啟動(dòng)所述計(jì)算機(jī)設(shè)備，連接攝像裝置、所述投影裝置及所述網(wǎng)卡，測(cè)試所述投影裝置與所述攝像裝置之間的外觸發(fā)功能，測(cè)試所述投影裝置的光斑投影功能，測(cè)試所述攝像裝置的圖像采集功能；