[发明专利]基于绿条纹分割的高采样密度彩色结构光三维测量方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种视觉传感测量技术、三维信息采集与重构领域，尤其涉及一种基于绿条纹分割的彩色结构光三维测量方法。

背景技术：

在非接触三维测量技术中，视觉三维测量技术是获取物体三维信息有效的手段之一，它无需接触被测物表面，是以三维视觉传感器所得到的图形、图像为基础来恢复物体的三维形状，具有速度高、效率高、自动化程度高、造价较低等优点。目前视觉三维测量技术的重点发展方向包括有结构光、立体图像、莫尔法、全息法、激光雷达等方法，其中结构光法具有成本低、分辨率高和速度快优势，被公认为实用性最强的光学非接触三维测量技术，正日益受到重视并得到应用。

结构光法是将投射器发出的光经过光学系统形成点、线、编码图案等形式投向景物，在景物上形成图案并由摄像机摄取，而后由图像根据三角法和传感器结构参数进行计算，得到景物表面的三维坐标值。

在结构光法中，相比投射点、线的结构光扫描法，结构光编码法向景物投射编码图案，大大提高了测量速度并解决了扫描法图案混淆问题，因此结构光编码法以其准确度高、测量速度快、成本低等优点在三维重构、工业测量等领域有着广泛的应用前景。结构光的编码方法可分为时间编码、空间编码和直接编码，三者各具优缺点。它们都可采用灰度或颜色来进行编码，灰度编码技术的研究更成熟一些。然而随着处理彩色图像的彩色传感器和硬件价格变得更容易接受，彩色图像处理技术应用也日益广泛。

在以往的研究中彩色编码多用于空间编码和直接编码，而且大都能用于动态物体的测量，但由于基于CCD摄像机的颜色保真度及分辨率的影响，对三维物体的测量精度不高，很难用于精确物体的测量。在已有的几种彩色时间编码方法中，精度较之空间编码和直接编码有所提高，但也存在由于运用的颜色一般多于三种，出现颜色混淆不易识别的问题，而且通常采样密度和分辨率都不高。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于绿条纹分割的红蓝格雷码结构光时间编码方法，提取绿条纹中心及左右边界达到消除格雷码一位解码误差及提高物面采样密度的目的，从而提高测量分辨率。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于绿条纹分割的高采样密度彩色结构光三维测量方法，

1)向所需测量或重建的三维物体依次连续投射基于绿条纹分割的红蓝格雷码编码结构光，分别摄取各幅投射图案；

2)对摄取的各幅投射图案进行红绿蓝彩色条纹分割，获得各幅图案像素的颜色值；

3)提取各幅拍摄图案中绿条纹的中心及左右边界，依据其前几幅相应像素颜色值获得绿条纹中心及左右边界的编码值；

4)对绿条纹中心及左右边界进行亚像素定位，再依据系统标定参数实现三维物体的测量及重构。

所述的基于绿条纹分割的高采样密度彩色结构光三维测量方法，在第1步中，所述的投射图案由三基色红(R)、绿(G)、蓝(B)组成，使得每种颜色之间的差别达到最大易于解码，依次投射的编码图案中红蓝条纹按格雷码方式编排，并且在每相邻的红蓝条纹中插入四个像素宽的绿条纹。

所述的基于绿条纹分割的高采样密度彩色结构光三维测量方法，在第2步中，红绿蓝彩色条纹分割采用自适应阈值法，所述的自适应阈值法是建立在对每幅每一像素的每一颜色分量进行归一化处理的基础上，以此可消除环境光及物面颜色对测量结果的影响。

所述的基于绿条纹分割的高采样密度彩色结构光三维测量方法，在第2步中，提取绿条纹中心实现像素边缘解码，绿条纹中心码值只依赖于前[1，...，i-1]幅的红蓝条纹码值而决定，与其相邻像素的颜色值无关，以此消除格雷码一位转换误差。在提取绿条纹中心的同时，提取绿条纹与红蓝条纹的边界，以此将物面采样密度提高近一倍，从而提高三维测量精度。

所述的基于绿条纹分割的高采样密度彩色结构光三维测量方法，在第4步中，基于摄像机硬件设备的颜色耦合影响，采用行扫描技术对绿条纹中心及左右边界进行亚像素定位。

这个技术方案有以下有益效果：

1.本发明可以最大限度减少颜色之间的模糊，提高条纹检测的抗干扰能力，解码更可靠。

2.本发明条纹解码值只与其前几幅投射的相应像素颜色值有关，与其相邻像素颜色无关，从而可消除格雷码固有的一位转换误差，降低当物体表面不连续或非常陡峭时由于条纹压缩严重或丢失产生的解码误差。

3.本发明采用亚像素定位技术提取绿条纹中心及左右边界，提高条纹定位精度，保证图像采样点与物面采样点的一一对应。

4.本发明因对绿条纹中心及左右边界同时提取，因此在投射相同幅数的条纹图像时，采样密度可比普通方法提高近一倍，从而提高测量精度。