[发明专利]一种利用正反格雷码线移光栅的三维非接触扫描方法

说明书

本发明属于主动光栅图像三维重构的技术领域，涉及一种三维点云非接触扫描方法，利用光栅发生器投射条纹光栅和两个CCD相机采集图像，包括下列步骤：进行被测物体单面图像采集；利用条纹光的相位信息对每幅条纹结构光投射到被测物体表面的图像进行格雷空时正反编码；根据每对图像像素同名相位位置和预先标定好的两个CCD相机的相对位置计算出被测物体的空间三维坐标；利用三维空间线性插值法计算被测物体三维坐标点的纹理信息；进行特征提取；根据计算出的三维坐标，形成单面点云数据；根据被测物体的纹理或标志点，进行点云融合拼接，形成多面点云。本发明一种利用正反格雷码线移光栅的三维非接触扫描方法，具有操作简单，精度高的优点。

技术领域

本发明属于图像三维信息重构的技术领域，涉及一种利用正反格雷码线移光栅的三维非接触扫描方法。

背景技术

三维非接触式面条纹光栅扫描测量技术具有操作简单，测量速度快，精度高等巨大优势，是在先进制造技术和创新创意设计领域中应用广泛的一项技术。非接触扫描方法已广泛应用于工业检测、逆向工程、人体扫描、文物保护、服装鞋帽等多个领域。条纹光栅扫描测量法属于相位测量轮廓术范畴，格雷码相移法是常用的辅助解相位方法。格雷码方法主要靠图像的二值化来进行编码，对于复杂场景中的物体以及物体表面颜色变化较多的情况，一般需要喷涂显影剂才能实现较好的测量效果，这种方法精度不够，而且操作起来复杂，污染大，噪点和杂点多。单幅面测量结束，用这种进行方法进行拼接时，物体表面标志点或纹理作为参考点，系统可以根据不同角度的这些公共参考点，将其拼合在统一坐标系内，从而获得完整的三维扫描点云数据。准确识别这些参考点位置是整个系统关键，通常需要人工辅助提高识别精度。如果这一步操作不当，在整个后续拼接过程就会出现三维点云分层现象。

正反格雷码线移光栅非接触扫描方法，是在传统格雷码方法基础上，提出的一种改进的三维重建方法，利用正反格雷码线移光栅非接触扫描方法格雷码条纹局部阈值选取图见附图1，可以避免格雷码和相移方法仅仅使用二值化来进行阈值分割的情况。它的原理是利用多种同频率的黑白条纹正反两幅相移光栅，比较叠加后，计算出全场唯一的相位。该方法基于多种频率，考虑了局部和全局的背景光和漫反射干扰，比传统格雷码方法具有一定的优越性，能够解决复杂场景情况下明暗反差大以及无法喷涂显影剂的三维重建难题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种操作简单、精度高、适应场合广的三维点云非接触扫描方法。

本发明的技术方案如下：

利用正反格雷码线移光栅的三维非接触扫描方法，利用条纹光栅发生器和两个CCD相机采集图像，包括下列步骤：

1）首先对整个系统进行初始化：进行条纹光栅发生器和CCD相机的焦距调节，使其成像尺寸与被测物的实际大小做到匹配；调节完毕后，进行两个CCD相机的镜头参数标定处理，计算出两个CCD相机的相对位置及镜头的焦距、主点、径向及切向畸变；

2）接着进行被测物体单面图像采集：利用条纹光栅发生器将多幅不同频率的黑白条纹结构光透射到被测物体表面，利用两个CCD相机采集多对带有条纹结构的图像，采集的图像被送入计算机后进行图像预处理；

3）利用条纹光的相位信息对每幅条纹结构光投射到被测物体表面的图像进行格雷空时编码，编码时图像的像素相位需要根据正反向图像的灰度差确定；

4）根据每对图像像素同名相位位置和两个CCD相机标定后的相对位置计算出被测物体的空间三维点云坐标；

5）利用三维空间线性插值法计算被测物体三维坐标点的纹理信息并提取纹理特征点；

6）根据计算出的三维坐标和其纹理信息，形成单面的三维点云；

7）多面点云形成：将被测物体旋转一个角度，重新进行步骤2-6，形成一个新的三维点云面；