[发明专利]一种基于彩色条纹组合投射的快速强反射表面相位获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于彩色条纹组合投射的快速强反射表面相位获取方法，该方法能够有效解决具有强反射表面物体进行三维形貌测量时大量点相位获取失败的问题，可用于金属等强反射表面的高精度的三维形貌测量，也可用于反射率变化较大的物体表面三维形貌测量。本发明属于光学三维测量技术领域。

背景技术

基于正弦条纹投射的立体视觉检测方法作为典型的非接触光学主动三维测量方法，广泛应用于三维形貌测量、逆向工程和质量检测等诸多领域。但在测量金属等强反射表面三维形貌时，这种主动视觉的方法往往会失效。主要原因在于，对于金属等具有强反射表面的物体来说，物体表面的强反射性质使得相机采集到的图像部分饱和或过暗，产生信息失真，导致相位解算的失败，进而引起测量精度的大幅下降，甚至难以进行正常测量。

针对这一问题，国内外提出了不同的解决方法。如利用被测物体表面在不同角度下反光区域也不尽相同的特点，避开镜面反射区域，利用漫反射进行多角度局部测量，再整体拼接成完整被测表面，此方法在整体拼接过程会引入误差，影响测量精度，同时测量时间大大增长。再有，利用被测物体表面镜面反射和漫反射的不同偏振特性，在观测相机前加装偏振片，利用偏振片滤除具有偏振特性的镜面反射，只让漫反射光进入观测相机，从而实现测量，但对金属等物体表面来说，漫反射光较弱，降低了测量精度。另外，采用向具有强反光表面喷涂某种粉末，使被测物体呈现漫反射特性，以利于光学三维测量，但是，粉末厚度的不确定性增加了测量误差，同时喷涂过程需要大量时间。

总之，目前国内外在强反射表面三维形貌的非接触光学主动三维测量方面没有一个完备的能够实现快速相位获取的方法，本发明针对此问题提出了一种简便、快速、可靠的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于彩色条纹组合投射的快速强反射表面相位获取方法，以克服现有非接触光学主动三维测量方法在测量强反射表面三维形貌时的无法完成相位解算的问题。

本发明的技术解决方案为：先投射不同颜色的单色光，并在不同曝光时间下采集图像，根据调制亮度最佳的原则，将获取到的多幅单色图像进行提取，获得每一视场下每一点实现调制亮度最佳的投射组合。再投射白光正弦条纹，并在不同曝光时间下采集条纹图像，对获得的图像进行处理、解相、相展开，获取最终的全场相位解算结果。其特征在于包括以下步骤：

步骤一：设置曝光数组T={T_i},i＝1,2,...,n；

步骤二：使用投影仪分别投射灰度值为A+B的红、绿、蓝单色光；

步骤三：调整相机曝光时间，使其在T_i,i＝1,...,n的曝光时间下分别拍摄投影仪投射的红、绿、蓝单色光，分别获得单色图像数组PR={PR_i},i＝1,2,...,n、PG={PG_i},i=1,2,...,n、PB={PB_i},i=1,2,...,n；

步骤四：使用投影仪分别投射灰度值为A的红、绿、蓝单色光；

步骤五：调整相机曝光时间，使其在T_i,i＝1,...,n的曝光时间下分别拍摄投影仪投射的红、绿、蓝单色光，分别获得单色图像数组PR1={PR′_i},i＝1,2,...,n、PG1={PG′_i},i=1,2,...,n、PB1={PB′_i},i=1,2,...,n；

步骤六：计算得到3n个调制亮度矩阵，建立调制亮度数组I={I_i},i＝1,2,...,3n；

步骤七：对于调制亮度数组中的每个元素，顺序赋予其编号，建立编号数组S={s_i},i＝1,2,...,3n；

步骤八：对于原始尺寸为X*Y大小的图像，建立大小为X*Y的索引数组M；

步骤九：对于图像中的每一点p(x,y)，遍历其在调制亮度数组I中每个调制亮度矩阵中对应的元素，将其调制亮度最大值所在的调制亮度矩阵对应的编号s存入索引数组M对应的(x,y)中；

步骤十：分别投射不同曝光时间T_i,i＝1,...,n下的白光条纹及其相移；白光条纹及其相移条纹的光强函数可以表述为：