[发明专利]三维图像测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维图像测量方法，具体地说，是一种向被测物体投影经调制的条形结构光，利用数字照相机拍摄其反射图像，通过计算机算出其表面三维信息的三维图像测量方法。

背景技术

三维图像测量是一种非接触测量方法，它通过拍摄被测物体的图像，利用计算机图像分析，可以算出被测物体的表面三维信息，即物体表面各个测量点的三维坐标，从而可以计算出被测物体表面各个测量点之间的距离、表面积及体积。

现有的三维图像测量技术可分为被动式和主动式两大类。被动式方法不向被测物体施加能量，只是被动的拍摄物体的图像，通过图像处理得到被测物体表面的三维信息，该方法简单适用，可以测量静止物体或非静止物体，既可以测量毫米以下的微小物体，也可以测量几百米以上的大型物体。但是被动法的最大问题是，它无法测量没有表面特征的物体，或物体上没有特征的部分。

为解决这一问题，能动测量法被提出。能动测量法通过向被测物体投射光能等能量，并拍摄其反射图像，再通过图像处理算出被测物体表面的三维信息。图形光投影测量是能动法的最常用的方法。

图形光投影法根据图形光的性质，又可分为两值化图形光投影法和非两值化投影法两大类。两值化图形光投影法所用的图形光投影的典型代表有：点投影、线投影、结构光面投影等。通常为保证一定的测量精度，点投影须要投影数千次以上、线投影须要投影数十次以上、结构光面投影须要投影数次以上。即不论哪种投影方式，都需要多次投影。这不仅使得测量速度变慢，更重要的是无法测量非静止物体。

非两值化投影方式是向物体投影彩色或光强不同的灰度图案。由于非两值化投影方式的一次投影可以获得比两值化投影更多的信息，所以，它可以减少投影次数、提高测量速度。

参考文献1所示最优化强度调制结构光投影技术是目前国际上最为先进的非两值化投影方法之一，由于它只需要一次结构光投影，即可算出物体的表面三维信息，所以可以最大限度的减少投影次数，提高测量速度。如参考文献2所示，它不仅可以测量静止物体，也可以测量非静止物体。

参考文献1：

专利号ZL200580039510.9(中国)，US 7,583,391(美国)，JP4883517(日本)

申请人 福冈工业大学

发明人 卢存伟

参考文献2：

申请号 200880010126.X

授权公告号 CN 1010646919B

申请人 福冈工业大学

发明人 卢存伟，长元气

但是上述技术仍存在着一个问题，即对于表面色彩或反射特性复杂的物体，由于反射光条纹的强度受物体表面色彩及反射特性的影响而发生变化，因而条纹检测精度受到限制，近而三维测量的精度也受到限制，也就是说尽管上述技术只使用一次投影便可以实现三维测量，但是对于表面色彩或反射特性复杂的物体无法获得更高的测量精度。

发明内容

为此，本发明的目的在于，提供一种三维图像测量方法，提高对投影条纹的识别精度和三维测量的测量精度，使得只是用一次结构光投影，便可获得高精度的三维测量。

为实现上述目的，本发明提出了结构光两重调制方式，第一重为彩色调制，第二重为光强调制。其中光强调制部分，可以实现参考文献1及2的功能，而彩色调制部分可以先将整个结构光空间分成3个子空间以扩大光强调制的精度。由于在使用光强调制之前先将投影光分成了3个区域，而在各个区域中的条纹光强调制精度没有改变，所以使用本发明的技术比使用参考文献1及2的技术，在保持测量时间不变的前提之下，可以将测量精度提高3倍。

在条纹式结构光投影三维测量技术中，条纹的识别特别是条纹的地址信息的判定是最重要的。条纹的识别精度及其地址信息的判定精度取决于各个条纹之间特别是相邻的条纹之间的强度差，该强度差越大条纹的识别精度及其地址信息的判定精度就越高。图1为强度调制投影光条纹的强度分布示意图，如果投影条纹的总数为15，我们可以将能够使用的条纹强度个数也设为15，这样各个条纹之间的强度差即为1。

如果我们先将结构光空间分为三个子空间，然后在各个子空间同样投影15条条纹的话，尽管投影条纹的总数仍然为15，但是各个条纹之间的强度差将变为3，如图2所示，这样条纹的识别精度及其地址信息的判定精度就被扩大了3倍。

在这种情况下，在图像处理时，首先要正确地判定各个条纹所在的子空间，即正确判断某个条纹是属于哪个子空间，然后再识别该条纹的地址信息以获得正确的条纹信息，即需要得到哪个子空间、第几号条纹的双重信息。