[发明专利]基于单幅彩色编码光栅的立体视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种立体视觉测量方法，尤其涉及一种基于单幅彩色编码光栅的立体视觉测量方法，属于三维视觉测量技术领域。

背景技术

双目立体视觉直接模拟人类双眼处理场景的方式，可靠简便，在许多领域具有广泛的应用价值。 目前主要应用于四个领域：机器人导航、微操作系统的参数检测、三维测量和虚拟现实。在立体视觉中，立体匹配是立体视觉测量的最为关键的问题，根据匹配的基元不同，立体匹配可分为区域匹配、特征匹配和相位匹配三大类。区域匹配主要运用数字图像相关性算法进行匹配，其优点是匹配结果较精确，其不足是匹配花费时间较长；特征匹配主要依据图像固有特征点进行匹配，对于特征较少的场景，该方法具有局限性；相位匹配具有较高的精度而得到最充分的研究和应用，当物体存在较大的突变时就很难准确依靠相位展开恢复物体形貌。而彩色编码结构光因为包含大量的颜色信息，可用于解决立体匹配问题。

目前彩色编码结构光测量技术获得了广泛的研究，如周劲、赵晓波提出的数字散斑投影和向往测量轮廓术相结合的三维数字成像方法；该方法先通过向物体投射正弦条纹图，利用傅里叶变换和傅里叶逆运算并结合欧拉公式得到折叠相位。利用极线几何约束和折叠相位的对应点查找，获得左相机上一点对应于右相机的一系列点；随后向物体投射一幅随机数字散斑图，通过采集的数字散斑图确定两个相机对应点的唯一性。该方法成像快速，计算量较小，可适用于无特征和动态三维测量。但是该方法需要在不同时间投射两幅条纹图于物体之上，对环境的不变性要求很高，测量过程较为不便，不能适于动态测量；同时在利用相位展开方法过程中，利用傅里叶变换及其逆运算将会降低测量精度。

张广军等提出一种基于相移的彩色编码光栅视觉测量方法，该方法也是通过向物体表面投射单张彩色光栅图样，两个相机从不同角度各获得一幅光栅图像，利用光栅编码和极线约束实现区域级的稀疏匹配；随后进一步利用彩色光栅图样的多次相位移动，实现像素级致密匹配，从而实现三维测量。该方法主要的不足在于，利用单张彩色图像做匹配时，区分序列较少（                                                ,n为彩色条纹个数），另外，匹配包括序列区分和光条区分，实现比较复杂。更重要的一点是，需要多张彩色相移图像才能获得像素级的匹配结果，解相位过程误差较大，无法实现快速动态测量。

近年来在一些应用领域（例如在线检测、人体数据的三维采集和安全检查等）要求三维成像系统采集速度高、算法速度快和能够实现动态测量。现有方法已不能满足这种要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的区分序列较少、匹配过程实现复杂的技术问题，提供一种基于单幅彩色编码光栅的立体视觉测量方法，能够满足三维动态测量系统所需的高速采集、高速运算的要求。

本发明采用以下技术方案：

一种基于单幅彩色编码光栅的立体视觉测量方法，该方法包括以下步骤：首先利用

两台彩色摄像装置和一个彩色投影装置构成视觉传感器，并对两台彩色摄像装置的内部、外部参数进行标定；利用所述彩色投影装置向放置于所述视觉传感器测量区域中的被测物体表面投射一幅彩色编码光栅图样；两台彩色摄像装置分别拍摄投射在被测物体表面的彩色编码光栅图像；对拍摄到的彩色编码光栅图像进行解码，获得图像上每根光条唯一的编码值；根据两台彩色摄像装置所拍摄的两幅图像进行立体匹配，根据标定所建立的双目立体视觉模型，重建物体表面三维数据，所述彩色编码光栅图样按照以下方法生成：

从个不同颜色的彩色光条基元中任意选取个子元素进行全排列，得到个排列；将这个排列作为有向图的节点，在其中搜索一条哈密顿回路；将该哈密顿回路上各节点之间的边按顺序排列，构成一个环形序列，该环形序列即为所述彩色编码光栅图样。

上述技术方案中，所述立体匹配可采用现有的在两幅图像中搜索同时满足编码值相同和极线约束的点的方法，但采用该方法仅能实现区域级的稀疏匹配，而无法实现像素级的精确匹配，最终得到的测量结果精度较差。为了解决该问题，本发明进一步采用以下技术方案：

所述根据两台彩色彩色摄像装置所拍摄的两幅图像进行立体匹配，具体包括：

粗匹配的步骤：

在两台彩色摄像装置所拍摄的两幅图像中搜索同时满足编码值相同和极线约束的点作为一对匹配条纹区域；

精匹配的步骤：

步骤1、以所述两幅图像中的一幅作为匹配源图像，另一幅作为匹配目标图像；

步骤2、遍历匹配源图像中的每个像素点，分别提取以各像素点为中心，大小为个像素点的窗口；