[发明专利]基于动态投影的投影系统及相位移动图案生成方法

说明书

一种基于动态投影的投影系统，包括多光强投影图案与采集单元、区域引导动态投影图案生成单元、局部过曝欠曝强度修正单元和动态投影图案综合校验单元，并基于该系统提出一种基于动态投影的相位移动图案生成方法，包括以下步骤：多光强投影图案的投影与采集‑区域引导动态投影图案的生成‑动态投影采集图像局部过曝欠曝强度修正‑动态投影图案综合校验，基于多级差光强图像，分析坐标邻域的过曝欠曝状态，生成逐像素的过曝欠曝灰度级，由此提高或降低生成图案所有相位移动的光强属性，并对动态投影采集图案中仍存在的过曝欠曝点进行局部强度修正，能较好地解决被测对象在相机视野下的过曝欠曝现象带来的光强信息失真问题。

技术领域

本发明涉及动态投影领域，特别涉及一种基于动态投影的投影系统及相位移动图案生成方法。

背景技术

结构光三维感知是一种主动视觉三维感知方法。该技术广泛应用于逆向工程、生物医学、航空检测等领域。在实际工业测量环境中，对于铆钉或螺钉等紧固件或连接件的测量中，可能存在钢、铝、钛、复合材料等多种不同材质。金属材质和复合材质的反射率分布特性较为复杂，其中较高反射率物体容易造成采集设备的成像结果光强信息过高而失真，即过曝现象。过曝现象产生的过曝信息无法获取其编码信息，因此造成结构光解码失准而感知结果产生误差。当被测对象反射率较低时，容易造成拒不光强信息较弱，导致相位信息无法有效解码。

对于不同材质测量对象，其表面反射率分布特性各异，单一特征的结构光投影图案无法满足多样化的测量对象。降低采集图案的强度可以有效降低过曝现象，由于采集图像整体强度下降，相应的三维测量精度随之下降。当被测对象在相机视野下同时存在过曝和欠曝现象，光强信息失真问题无法通过设备光圈单向调节光强特征解决。因此需要针对被测目标反射特性设计投影强度动态自适应的投影图案。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于动态投影的投影系统，并基于该系统设计出了一种基于动态投影的相位移动图案生成方法，基于多级差光强图像，分析坐标邻域的过曝欠曝状态，生成逐像素的过曝欠曝灰度级，解决了上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于动态投影的投影系统，包括多光强投影图案与采集单元、区域引导动态投影图案生成单元、局部过曝欠曝强度修正单元和动态投影图案综合校验单元，所述多光强投影图案投影与采集单元包括多光强投影图案设计模块、结构光系统设计与标定模块和结构光设备硬触发投影采集模块，所述多光强投影图案设计模块生成多级差光强特性的单值灰度图像，所述结构光系统设计与标定模块构建结构光三维感知系统，所述结构光设备硬触发投影采集模块用于快速投影和采集预设投影图案；

所述区域引导动态投影图案生成单元包括多级差光强图像邻域特性分析模块和区域光强修正模块，所述多级差光强图像邻域特性分析模块用于分析采集多级光强图像坐标邻域的过曝欠曝状态，并基于采集图案生成逐像素的过曝欠曝灰度级，所述区域光强修正模块用于修正投影图案在过曝欠曝区域的强度特性；

所述局部过曝欠曝强度修正单元包括过曝欠曝点邻域序列提取模块和区域样条插值计算模块，所述过曝欠曝点邻域序列提取模块用于在相机图像上提取过曝欠曝点在同一行及同一列的未过曝欠曝点，并将相机图像坐标生成相应的自变量序列，未过曝欠曝点解码的投影图案坐标生成相应的因变量序列；所述区域样条插值计算模块用于估计动态投影采集图案中的过曝欠曝点的投影仪坐标信息，通过构建过曝欠曝点的相机与投影仪像素间响应函数，获得未过曝欠曝点的投影仪坐标系中的坐标值；

所述动态投影图案综合校验单元包括相位移动线性校验模块、反射率光度一致性校验模块和切向畸变校验模块，所述相位移动线性校验模块用于校验动态投影系统相位移动解码的线性特征，所述反射率光度一致性校验模块用于校验非均匀反射率被测目标的光度一致性特征，分析非均匀反射率被测目标在相机坐标系的光度一致性特性，所述切向畸变校验模块用于校验动态投影图案的切向畸变特性，基于标准块和标准板校验相机坐标系和投影仪坐标系的切向畸变特性。