[发明专利]一种光栅投影轮廓有效点自动提取方法及系统

说明书

本发明公开了一种光栅投影轮廓有效点自动提取方法及系统，方法包括以下步骤：在PC机上编码生成正弦条纹图像；投影仪将所述正弦条纹图像投影到被测物表面；CMOS相机采集所述被测物的多幅调制图像；通过软件编程解包裹相位，重建所述被测物的三维轮廓；其中，在获取所述调制图像以后，把像素点聚类设置为背景点、边界点与目标点三类，并分别确定边界点初始质心、目标点初始质心和背景点初始质心；进行聚类处理，定义一个阈值tm,第t次聚类时，质心前后两次迭代的质心值之间的差值小于阈值tm时，即可认为此时的质心趋近于收敛；如果目标点质心趋近于收敛,则把大于c3t的点移除数据列表；如果背景点质心趋近于收敛,则把小于c1t的点移除数据列表。

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种光栅投影轮廓有效点自动提取方法及系统。

背景技术

光栅投影技术中，相移法测量三维是最常用的方法，该方法使用投影仪把光栅条纹投影到被测目标上，再利用相机拍摄被测目标的光栅图，计算机分析光栅图，根据分析结果、系统的参数重建被测目标的表面几何形状。对于某些被测物体，光栅条纹无法完全覆盖其表面，导致相机捕获的图片存在阴影区。阴影区不携带与被测目标表面任何有关的信息，该区域三维重建结果是错误的。阴影区需要去除，除了需要去除阴影区，光栅投影系统中的背景点也需要移除，只保留被测物体的有效区域，三维重建的结果才是最理想的。

现有的相近的实现方案有如下几种：

1.Skydan使用多投影仪从不同视角照射被测物体，获得无阴影的三维重建数据

2.Zhang等用高斯滤波器移除随机噪声，并使用相位单调性的特点来识别相位无效点。

3.Xiao提出一种分割目标与背景的方法，该方法有效地去除无效点，但需要先单独获取背景板的调制图，再把被测目标放入光栅投影系统，获取被测目标与背景板的调制图

4.Wang提出在调制图中，把像素点分为目标点、边界点与背景点三类点，再利用K-means方法聚类，聚类结束后判断各个边界点属于目标点或背景点，能自动完成目标点有效提取。

但是，上述方法均存在一些问题：

1.Skydan的方法需要多台照相机，硬件上的额外花费，使其不能普遍应用

2.Zhang的方法只能在表面变化平坦的物体上运行良好，当物体具有变化迅速的表面，高斯滤波器会把该表面作为噪声进行处理

3.Xiao的方法需要操作繁琐

4.Wang的方法存在聚类迭代时间过长，以及背景点中存在目标点等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种光栅投影轮廓有效点自动提取方法及系统，减少常规K-means方法的迭代收敛时间，并结合Otsu方法对背景点再分割，获取更多目标点，达到快速、自动、高效、简便、经济的被测物体有效点提取。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种光栅投影轮廓有效点自动提取方法，包括以下步骤：

在PC机上编码生成正弦条纹图像；

投影仪将所述正弦条纹图像投影到被测物表面；

CMOS相机采集所述被测物的多幅调制图像；

通过软件编程解包裹相位，重建所述被测物的三维轮廓；其中，

在获取所述调制图像以后，把像素点聚类设置为背景点、边界点与目标点三类，并分别确定边界点初始质心、目标点初始质心和背景点初始质心；

进行聚类处理，定义一个阈值tm,第t次聚类时，质心前后两次迭代的质心值之间的差值小于阈值tm时，即可认为此时的质心趋近于收敛；