[发明专利]基于表面几何特性的结构光重建颜色校正方法

说明书

技术领域：

本发明涉及视觉测量与重建技术领域，尤其涉及结构光颜色信息重建过程 中的一种颜色校正方法。

背景技术：

在逆向工程、快速原形等领域，获取物体三维信息和颜色信息进而完成物 体表面形状和颜色的重建有着迫切的需求。视觉测量以图像为基础获取物体三 维信息和颜色信息，是满足上述需求最为有效的手段，具有非接触、高效高速、 高度自动化、低成本等优点，可应用于医学、考古、服装、雕刻、汽车、家电 等行业。

视觉三维测量技术包括结构光、立体图像、全息法、激光雷达等多种原理， 其中结构光法具有成本低、分辨率高和速度快的优势并最具实用性。结构光法 向物体投射光图案，采集编码图像后根据三角法得到物体表面三维坐标。

在诸多三维数字化应用中除了对三维信息的需求还存在对颜色信息的需 求。

目前，一些研究机构对颜色信息获取技术做出了研究。通常可将颜色获取 技术分为扫描法和图像法。扫描法投射不同波长的光条，分析反射光条的R、 G、B分量值，从而获取光条上点的颜色信息，通过扫描完成全部颜色信息的获 取。图像法在白光条件下拍摄物体表面的彩色图像，从像素中提取全部采样点 的颜色信息。

在扫描法方面，加拿大NRCC研究中心研制的彩色激光三维扫描仪，分别 投射R、G、B激光光条，拍摄相应的分量灰度图像，合成颜色信息。主要应用 于考古学对化石表面的形貌和颜色分析；日本Minoalta的Vi9i系列便携式激光 扫描仪，也采用类似的思路，在黑白CCD前加装旋转阵列滤光片，分别采集滤 光后的R、G、B分量。扫描法具有较高的准确度，但每幅图像只能获取一个光 条上的颜色信息。因此需要拍摄多幅图像才能完成整体颜色信息的采集，计算 量庞大、效率较低。

在图像法方面，IBM技术中心采用五个位置各异的场景照明光源，分别采 集五幅彩色图像。根据数据点在五幅图像中不同的R、G、B值，结合投射方向 对颜色信息进行修正；斯坦福大学分别在开启和关闭照明光源的情况下拍摄两 幅彩色图像，结合表面粗糙度特性，对颜色信息进行修正；天津大学拍摄物体 的24位彩色图像，直接在彩色图像中提取采样点对应像素的颜色信息；专利 200810052246.8提供了一种双摄像机颜色渲染方法，易于实现且渲染准确度较 高。图像法减小了计算量，提高了效率，但均未考虑物体表面三维几何特性对 成像颜色的影响，如何获取真实颜色进行颜色重建成为需要解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于针对结构光颜色重建方法的不足，提供一种物体表面重 建颜色校正方法，基于表面的几何特性进行光强分析、计算颜色校正系数，进 而得到准确的被测表面颜色信息。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于表面几何特性的结构 光重建颜色校正方法，步骤包括：

1.利用结构光系统获取被测表面采样点的三维数据和颜色数据，依次将每 个采样点作为中心采样点，根据中心采样点和其邻域内多个采样点的三维数据 拟合空间曲面，在空间曲面上过中心采样点作切面。

2.以切面表征被测表面局部几何特性，针对切面作入射光强分析和反射光 强分析，进而计算出中心采样点的颜色校正系数。

3.利用各中心采样点的颜色校正系数校正其颜色数据。

所述的基于表面几何特性的结构光重建颜色校正方法，在第1步中，三维 数据以空间坐标(x，y，z)存储、颜色数据以(R，G，B)值存储。以空间坐标(x，y，z) 存储的三维信息便于表面几何特性分析，以(R，G，B)值存储的颜色信息便于校 正。

所述的基于表面几何特性的结构光重建颜色校正方法，在第1步中，中心 采样点的领域定义为，与中心采样点距离最小的4个采样点。中心采样点结合 4个相邻采样点拟合的空间曲面能够准确地反映中心采样点处的局部表面几何 特性。