[发明专利]基于彩色相机的双投影结构光形貌法叠加光栅的分离方法

说明书

本发明公开了一种基于彩色相机的双投影结构光形貌法叠加光栅的分离方法，包括左投影仪、右投影仪和彩色相机，左投影仪的投影条纹颜色为红色，右投影仪的投影条纹颜色为蓝色；所述分离方法包括：(1)基于四步相移法求解主相位，对左、右投影光栅进行设计；(2)左投影仪和右投影仪同时对被测物体进行投影，在被测物体上形成彩色叠加相移光栅，并通过彩色相机对彩色叠加相移光栅进行采集；(3)根据颜色特性直接对得到的彩色叠加相移光栅中的叠加相移光栅进行光栅分离，并求解得到左投影仪所投影的相移光栅的主相位和右投影仪所投影的相移光栅的主相位，用于实现被测物体的三维测量。本发明可以对叠加光栅进行有效的分离。

技术领域

本发明涉及结构光视觉三维测量，特别涉及一种基于彩色相机的双投影结构光形貌法叠加光栅的分离方法。

背景技术

三维形貌测量广泛应用于逆向工程、产品检验、物理仿真等领域。条纹投影轮廓术以其速度快、精度高、非接触操作、全场采集、信息处理方便等优点，已成为目前最重要的轮廓测量技术之一。对于复杂曲面的三维物体，单投影仪和单摄像机的测量范围受到限制。阴影区域的信息将被淹没，导致测量数据不完整。为了解决这一问题，双投影结构光三维测量系统应运而生。然而，如何从叠加条纹中分离出相应的投影模式是一个亟待解决的问题。Griesser等人将投影仪和相机作为一个模块，两个模块设置在相反的方向。因此，由相反的投影仪投影的图案可以使相机在这一侧失明，避免了图案的叠加。Maimone等人利用投影仪和相机的固定单元将看到其自身图案的锐化版本和移动的另一单元图案的模糊版本。另一个单元模式的模糊将有助于消除重叠模式的歧义。Wang Jianfeng等考虑多个投影仪与红外图像的相关性以及红外图像之间的相关性，从而恢复重叠区域和非重叠区域的深度信息。Tardif.J.P.等人提到了用于校正重叠区域的强度混合算法。Yan Zengqiang等提出了可分离的层次模式。Je Changsoo等人通过从不同投影获得不同方向彩色条纹的偏导数，分离出叠加光栅。Xiang Sen等在纹理分割的指导下，将干扰区域分为平坦区域和边界区域，然后应用不同的马尔可夫随机场(MRF)模型计算最终的深度解。Petkovic Tomislav等人为每个投影仪上传自己特别选择的一组时间相移，从而在投影模式之间实现简单有效的分离。以上研究不是设置了投影仪之间的特殊位置关系，就是采用复杂的算法对叠加图像进行处理。行业上需要一种低成本、无需复杂编码和分离算法、设备摆放无需满足特定要求且能快速有效分离叠加相移光栅的分离技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种低成本、无需复杂编码和分离算法、设备摆放无需满足特定要求且能快速有效分离叠加相移光栅的分离方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于彩色相机的双投影结构光形貌法叠加光栅的分离方法，所述分离方法所涉及的双投影结构光视觉三维测量系统包括左投影仪、右投影仪和彩色相机，所述左投影仪的投影条纹颜色为红色，所述右投影仪的投影条纹颜色为蓝色；

所述分离方法包括以下步骤：

步骤1，基于四步相移法求解主相位，对左、右投影光栅进行设计；

步骤2，基于所设计的左、右投影光栅，所述左投影仪和所述右投影仪依照投影时序依次同时对被测物体进行投影，在被测物体上依次形成四幅彩色叠加相移光栅，并通过所述彩色相机对全部彩色叠加相移光栅进行采集，得到四幅彩色叠加相移光栅图；

步骤3，根据颜色特性直接对得到的彩色叠加相移光栅图中的叠加相移光栅进行光栅分离，得到四幅红色光栅图和四幅蓝色光栅图，并根据四幅红色光栅图求解得到所述左投影仪所投影的相移光栅的主相位、根据四幅蓝色光栅图求解得到所述右投影仪所投影的相移光栅的主相位，用于实现被测物体的三维测量。

进一步地，步骤1中，所述的对左投影光栅的设计包括：令所述左投影仪需要投影的四幅原始相移光栅为四个相位依次相差的红色正弦光栅；所述的对右投影光栅的设计包括：令所述右投影仪需要投影的四幅原始相移光栅为四个相位依次相差的蓝色正弦光栅。