[发明专利]一种基于单帧投影强度阈值判断的高反射物体三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于单帧投影强度阈值判断的高反射物体三维测量方法，通过单一投影仪和单一相机的基础结构光系统完成测量，在算法上通过多灰度级矩阵投影和灰度检索方式实现单帧全局最优灰度级测定，包括多灰度级投影图案构建、最优投影灰度级搜索策略、灰度阈值模板的建立步骤。本发明通过设计构建一种多灰度级投影图案，可采用单一相机及投影的简单结构，实现单帧图像判别物体过曝区域及各区域最佳投影强度，大大缩短测量时间，同时无需额外复杂结构，仅使用单一相机和投影即可，方便快捷。

技术领域

本发明涉及条纹投影结构光领域，尤其涉及一种基于单帧投影强度阈值判断的高反射物体三维测量方法。

背景技术

通过非接触式光学方法对物体进行三维测量时，其测量结果很大程度上会受到被测物体表面光学特性的影响。针对一些金属材质的物体进行测量时，由于其表面存在强镜面反射特性，具有表面反射率大、表面粗糙度低的特点，导致相机所拍摄图像的部分区域存在过曝现象，从而带来相位误差，造成测量的精度损失。如果全局性地降低投影亮度或减小相机曝光，则会使得图像较暗区域进一步降低亮度，导致较低的信噪比，对结果产生影响。目前基于面阵结构光投影的高反射表面测量方法大多通过连续改变相机曝光拍摄多帧不同强度的图像，通过图像融合的方式得到全局最优曝光图案进行测量；或者通过调整投影强度，从最高亮度逐次降低投影强度，拍摄多组图案进行融合。不论哪种方法，在测量时间上存在很大缺陷。此外，也有通过使用高帧率相机、多光谱相机、偏振片等复杂结构来降低连续拍摄所需的时间，但此方法结构复杂度高，且设备成本大，无法便捷运用。

发明内容

为解决高反射物体三维测量过程中多帧拍摄的时间消耗问题，本发明提出一种基于单帧投影强度阈值判断的高反射物体三维测量方法，通过设计构建一种多灰度级投影图案，可采用单一相机及投影的简单结构，实现单帧图像判别物体过曝区域及各区域最佳投影强度，大大缩短测量时间，同时无需额外复杂结构，仅使用单一相机和投影即可，方便快捷。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种基于单帧投影强度阈值判断的高反射物体三维测量方法，通过单一投影仪和单一相机的基础结构光系统完成测量，在算法上通过多灰度级矩阵投影和灰度检索方式实现单帧全局最优灰度级测定，包括多灰度级投影图案构建、最优投影灰度级搜索策略、灰度阈值模板的建立步骤。

作为进一步地改进，本发明方法的步骤为：

1)、多灰度级投影图案构建

基于图像过曝区域性特征，通过构建一种多灰度级矩阵图案，实现对待测物体图像各区域同时多灰度投影，为确定各区域最佳投影灰度值奠定基础；

2)、最优投影灰度级搜索策略

针对多灰度投影图像，建立一种基于邻域像素灰度值的过曝判断策略，采用一种S型全局扫描的方式对各像素点的邻域像素灰度值进行过曝判断及统计，以确定各区域内最优投影强度；

3)、灰度阈值模板的建立

在灰度级搜索过程中，通过将相同最优投影灰度级区域融合，在处理过程中直接形成基于灰度阈值的模板，为后续图形融合提供便捷，节约算力。

作为进一步地改进，本发明步骤1)中，一种多灰度级矩阵图案为一种m*m大小的矩阵，该矩阵共涵盖m²级灰度值，各级灰度值大小为最大灰度级255进行等分，即n为灰度级数n＝1，2，…，m²。

作为进一步地改进，本发明所述的m值为3-9。随m值增大，矩阵内所包含的灰度等级越多，但处理速度会大大降低，因此m值不宜过大，各灰度值按权值进行位置分配，分配规则为外圈权值高于内圈权值，各边顶点权值高于中心权值，以保证该矩阵灰度均匀性，即以此矩阵图案扩展后，任取该矩阵大小区域内均可同时出现m²级灰度值。