[发明专利]一种基于自适应光栅投影的高动态性能三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应光栅投影的高动态性能三维测量方法，包括：设定图像的饱和阈值；对于待测量的物体投影全白图像并用相机采集图像，改变投影图像的灰度生成合适的光栅使相机图像不存在饱和；投影经过初次调节的光栅并采集图像，利用相移法和格雷码法求取绝对相位，利用相位完成过亮区域的相机图像坐标及投影光栅图像坐标的匹配；投影图像并用相机采集图像，基于坐标匹配结果逐像素调节投影图像灰度生成最终的自适应光栅图；投影最终生成的光栅图并采集图像，利用相移法和格雷码法求取绝对相位；利用标定好的相机参数和求取的绝对相位，根据空间交汇法计算出被测物体的三维坐标信息。最终实现高动态性能的精确三维测量。

技术领域

本发明属于三维信息重构的领域，具体涉及一种高动态性能的光栅投影三维测量方法。

背景技术

光学三维测量技术能够快速准确地获取物体的三维数据，可用于三维模型重建、物体表面轮廓测量、工业环境中的尺寸和形位参数的检测等，被广泛应用于逆向工程、工业检测、虚拟现实、文物保护和医疗诊断等领域。

光栅投影三维测量是一种重要的光学三维测量技术，通过向物体表面投射正弦光栅，将物体表面的形状信息调制在光栅之中，利用CCD相机获取物体表面的光栅条纹图像，并使用特定的条纹分析方法对图像进行处理，提取其中的相位信息，从而获取物体的三维信息。

基于DLP(digital light procerssing)投影仪的数字光栅投影技术越来越多地应用于高质量的三维光学测量，但传统的三维测量系统对待测物体有一定限制，要求物体表面有足够的漫反射且不发生镜面反射。高光物体会导致相机饱和，致使最终不能恢复出正确的相位信息和物体三维信息。而自适应的光栅投影系统可以较好地解决这一问题。

自适应的光栅投影系统可以根据物体表面信息反馈准确生成相应的光栅条纹，对于过亮区域，调整与之相对应的投影区域的光栅的强度，使该区域最终都可以处于刚好不过曝的状态，消除由于镜面反射所造成的饱和现象，得到较好的测量结果。

发明内容

发明目的：针对现有技术的问题，本发明目的在于提供一种基于自适应光栅投影的高动态性能三维测量方法，通过根据待测物体自适应地生成光栅图像，可以解决由于相机饱和所导致的相位误差和测量误差。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于自适应光栅投影的高动态性能三维测量方法，包括如下步骤：

(1)设定图像的饱和阈值；

(2)对于待测量的物体投影全白图并利用相机采集图像，将图像中像素超过饱和阈值的区域记为过亮区域，改变投影图像的灰度值以消除图像中存在的饱和，利用得到的灰度值生成经过初次调节的光栅；

(3)投影经过初次调节的光栅并采集图像，利用相移法和格雷码法求取绝对相位，利用相位完成过亮区域的相机图像坐标及投影光栅图像坐标的匹配；

(4)投影全白图像并利用相机采集图像，基于过亮区域的坐标匹配结果逐像素调节投影图像的灰度，以消除图像中存在的饱和，利用最终得到的灰度值生成最终的自适应光栅图；

(5)投影最终生成的光栅图并采集图像，利用相移法和格雷码法求取绝对相位；

(6)利用标定好的相机参数和求取的绝对相位，根据空间交汇法计算出被测物体的三维坐标信息。

作为优选，步骤(2)中利用二分法改变投影图像的灰度值以消除图像中存在的饱和。

作为优选，步骤(2)中生成经过初次调节的光栅的方法为：

I_i(u,v)＝I_END(0.5+0.5cos(φ(u,v)+δ_i))