[发明专利]一种彩色复合光栅的三维面形测量方法

说明书

技术领域

本发明属于三维数字成像技术，具体涉及一种彩色复合光栅的三维面形测 量方法。

背景技术

光学三维测量具有非接触、测量效率高、精度高等优点，广泛应用于机器 视觉、工业检测、生物医学、文物保护、反求工程等领域。光学三维测量技术 分为主动三维传感和被动三维传感。主动三维传感中的傅里叶变换轮廓术由于 其全场性、非接触性、具有较高的测量精度和测量效率而得到了广泛关注。它 通过向被测物体投射一幅光强呈正弦变化的条纹图，形成面结构光照明，一次 测量即可得到完整的物体三维面形。但由于反三角函数的使用，使得计算出的 相位值在-π和π之间发生了截断，对表面具有较大起伏的物体很难进行相位 展开。对此，人们做了大量的研究并提出了包括基于调制度的相位展开算法、 最小二乘法、时间相位展开算法、洪水算法等，在一定程度上解决了相位展开 的难题。因此，如何对不连续三维物体进行正确的相位展开以及防止误差传播 仍然是傅里叶变换轮廓术的难点与研究热点。

如中国发明专利CN200410094143.X公开了一种利用复合编码实现多分辨 三维数字成像的方法，即，基于点阵投影和条纹投影相结合的三维数字化技术。 该方法采用数字投影照明发射器、图像传感接收器和图像处理器构成的成像装 置。以发射器出瞳、图像传感接收器入瞳与光场中心形成三角测量系统；首先， 利用点阵投影三维数字成像没有相位模糊的特点，以点阵编码获取物体的较低 分辨率的三维深度像，再投射条纹到物体表面，利用空间相位调制精度高的特 点，结合已经获得的物体低分辨深度像进行相位展开，进一步获取被测物体更 精细的多分辨三维数字像。本发明结合了点阵投影和条纹投影两种不同编码方 式的三维数字成像方法的优点，三维数字成像精度高，对拓扑复杂的曲面有较 强的普适性。但是，该方法需要多次投影不同疏密程度的二维数字点阵图像， 二维数字点阵图像和正弦条纹图像也需要分别进行投射，并且在后续处理过程 中，需要计算处理前述多次投影得到的多幅图像数据，因而大大降低了测量效 率。

发明内容

本发明的目的是为了提高三维面形测量方法的测量效率，提供了一种彩色 复合光栅的三维面形测量方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种彩色复合光栅的三维面形测量方法， 其特征在于，包括以下步骤：

A.设置三角测量系统：采用彩色数码相机、彩色光栅投射器和图像处理 器组成的成像装置，使彩色光栅投射器的出瞳、彩色数码相机的入瞳和光场中 心处于同一平面内构成一个三角测量系统；

B.投射彩色复合编码图像：通过彩色光栅投射器向待测物体投射彩色复 合编码图像，所述彩色复合编码图像的编码方法为：在R、G、B三色通道的其 中一个通道中写入均匀排列的数字点阵图像，在另两个通道中分别写入光强呈 正弦变化的正弦条纹图像和背景光图像，再将数字点阵图像、正弦条纹图像和 背景光图像合成为一幅彩色复合编码图像；

C.拍摄并分离经被测物体反射后的彩色复合编码图像：由彩色数码相机 拍摄经被测物体反射后的彩色复合编码图像，并将拍摄得到的反射后的彩色复 合编码图像利用色彩分离技术进行R、G、B三通道分离，获得每个通道上的灰 度图像；

D.相位展开预处理：由数字点阵图像所在通道获得的反射后的数字点阵 图像计算得到采样点处的绝对相位值，由正弦条纹图像所在通道获得的反射后 的正弦条纹图像计算得到截断相位，由背景光图像所在通道获得的反射后的背 景光图像得到待测物体边缘轮廓；

E.由截断相位展开得到物体三维面形数据：结合数字点阵图像得到的采 样点处的绝对相位值与背景光图像得到的待测物体边缘轮廓信息控制由正弦 条纹图像计算得到的截断相位展开，根据系统几何参数进行仿射变换，得到被 测物体表面三维面形数据。

可选择的，在上述步骤C之后，还包括步骤：

F.对正弦条纹图像进行色彩校正，以消除彩色数码相机和彩色光栅投射 器引入的光场非正弦性误差。

可选择的，在上述步骤C之后，还包括步骤：

G.对R、G、B通道内的数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像进行 滤波或直方图均衡处理，用以去除环境和器件本身的噪声，提高图像对比度， 获得更佳的图像质量。