[发明专利]高反光对象表面的结构光三维成像方法及系统

说明书

本发明提供一种高反光物体表面的结构光三维成像方法及系统，涉及三维测量领域。方法包括：向被测物体表面投影多组频率相同且光照强度不同的二值相移编码图案，根据反射的图像生成不同光照强度下的多个调制图片组，按光照强度降序排列；获取光照强度最大的组中各像素点的光照饱和强度，得到饱和像素点，确定饱和区域，获取其他各组对应区域内与各饱和像素点一一对应的光照饱和强度最小且光照强度最大的替换像素点并计算相位，用替换像素点的相位替代饱和像素点的相位，得到被测物体修复后的三维图像。本发明有效地解决了对高反光物体进行三维重建时由于反射率过高、光强度饱和而出现相位误差的问题，重建速度快、准确率高。

技术领域

本发明涉及三维测量领域，具体而言，涉及一种高反光对象表面的结构光三维成像方法及系统。

背景技术

目前，作为一种基于结构光测量技术的三维重建技术，相位测量轮廓术(PhaseMeasurement Profilometry，PMP)以其灵活、高精度、非接触性等优点，被广泛应于三维建模、工业制造、产品质量检测、生物识别等领域。

在相位测量轮廓术的实际应用中，需要照相机准确获得被测物体表面被投影编码图案时的反射光作为求解相位的依据。由于高反光物体具有表面光滑、反射率大等特征，捕获的图片中部分光强度极高的区域像素的光强度被限制在照相机的最大量化值内，即光强度饱和。

传统方法中判断图像的光强度饱和区域时，是基于像素点灰度值判断像素点是否饱和，将灰度值达到照相机最大量化值的像素点默认为饱和像素点，并且默认饱和的像素点必然存在相位误差，忽略了由于某些被测物体表面反射率过高而使得实际的光照强度值大于照相机的最大量化值时，像素点的灰度值为真值的情况，因此会产生信息的失真，严重影响三维测量的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高反光对象表面的结构光三维成像方法及系统，用于解决三维测量中由于捕获图片光强度饱和而产生的信息失真、测量精度降低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种高反光对象表面的结构光三维成像方法，该方法应用于高反光对象表面的结构光三维成像系统，所述系统包括通信连接的投影仪、图像捕获装置及计算机，所述方法包括：计算机控制投影仪向被测物体表面投影多组频率相同且光照强度不同的二值相移编码图案；图像捕获装置捕获经过所述被测物体表面反射之后的图像并发送给所述计算机，由所述计算机生成不同光照强度下的多个调制图片组，并按照光照强度从高到低的方式排序，其中，每组图片的数量相等；获取光照强度最大的二值相移编码图案对应的调制图片组中各像素点的光照饱和强度，得到饱和像素点，由所述饱和像素点构成饱和区域；根据所述饱和区域确定其他调制图片组的替换区域，计算其他每个调制图片组的替换区域内各像素点的光照饱和强度，得到与各饱和像素点一一对应的光照饱和强度最小且光照强度最大的替换像素点；计算所述替换像素点的相位，在所述饱和区域中采用所述替换像素点的相位替代所述饱和像素点的相位，得到所述被测物体修复后的三维图像。

第二方面，本发明实施例还提供一种用于实现上述方法的高反光对象表面的结构光三维成像系统，所述系统包括通信连接的投影仪、图像捕获装置及计算机；所述计算机用于控制所述投影仪向被测物体表面投影二值相移编码光栅；所述图像捕获装置用于捕获经过所述被测物体表面反射形成的图像，发送给所述计算机生成调制图片组并排序；所述计算机还用于计算所述调制图片组中各像素点的光照饱和强度，确定光照强度最大的调制图片组中需要修复的饱和区域，查找其他调制图中组在对应区域内光照饱和强度最小且光照强度最大的替换像素点，计算所述替换像素点的相位，用所述替换像素点的相位替代所述饱和区域内对应像素点的相位。

可选地，所述计算机还用于计算所述图像捕获装置的最大量化值及所述调制图片组中各像素点的光照强度误差。