[发明专利]一种高反光表面三维视觉测量系统及方法

权利要求书

1.一种高反光表面三维视觉测量系统，其特征在于，所述系统包括单目立体视觉传感器、投影仪、基于投影强度与相机成像的投影强度模型算法模块、基于曝光时间调整的高反光表面低灰度投影值计算模块、基于多频外差的正弦图像解相算法模块、基于亚像素坐标映射及像素或四邻域内搜索的投影仪-相机坐标及灰度对应算法模块、基于投影强度模型的自适应条纹生成与单目投影仪三维视觉测量模块；

所述单目立体视觉传感器包括工业相机，所述投影仪投影结构光图案于物体表面，工业相机采集物体的图像；

所述基于投影强度与相机成像的投影强度模型算法模块用于建立投影强度与相机成像灰度之间的关系；

所述基于曝光时间调整的高反光表面低灰度投影值计算模块：投影灰度均匀且饱和的图像，在高曝光时间下采集图像，通过标记相机图像饱和像素，获得物体表面高反光区域成像范围；投影相同图像，降低曝光时间，使得物体表面高反光区域成像不出现饱和，采集该曝光下图像；根据成像灰度与投影强度之间的关系，通过不同曝光时间下的图像，计算使高反光表面成像不出现饱和的低灰度投影强度；

所述基于多频外差的正弦图像解相算法模块：将低灰度值作为正弦图像的最大输入灰度级，投影竖直、水平方向不同频率的正弦图像；进行相位提取，得到包裹相位；通过多频外差解相法得到展开的绝对相位；

所述基于亚像素坐标映射及像素或四邻域内搜索的投影仪-相机坐标及灰度对应算法模块：通过轮廓跟踪算法得到高反光区域在相机图像中的轮廓，根据轮廓像素的绝对相位计算其在投影图像中映射的轮廓，轮廓及轮廓内像素即为投影图像待调整区域；将高反光区域对应的相机像素，根据绝对相位计算出投影亚像素坐标并映射到投影像素内，对待调整的投影像素内及其四邻域像素内，统计映射亚像素坐标点对应的相机绝对相位，计算其对应的一个或多个相机像素，得到投影像素灰度与其对应的相机像素平均灰度，构成灰度匹配对，用于拟合投影强度模型参数；

所述基于投影强度模型的自适应条纹生成与单目投影仪三维视觉测量模块：基于投影强度模型，根据求得的投影仪及相机匹配对，估计模型参数，计算投影仪图像中每个待调整像素的最佳投影强度，生成自适应条纹；投影自适应正弦条纹，在高曝光时间下采集图像，根据相机与投影仪标定参数，根据单目投影仪条纹投影轮廓术三维测量模型，计算物体表面三维坐标。

2.一种高反光表面三维视觉测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S100，分别对单目立体视觉传感器和投影仪进行标定，获得工业相机的内参、投影仪的内参及单目立体视觉传感器与投影仪的结构参数，投影仪向物体表面投射结构光图像，工业相机采集物体图像；

步骤S200，建立相机对投影仪光强及环境光的成像模型，推导投影仪强度与相机成像灰度之间的关系；

步骤S300，分别在高、低两次曝光时间下采集图像，通过标记相机图像饱和像素，获得物体表面的高反光区域在相机图像中的成像区域，并针对该高反光区域，计算使其成像不发生饱和的低灰度投影强度；

步骤S400，将低灰度值作为正弦图像的最大输入灰度级，投影竖直、水平方向不同频率的正弦图像；进行相位提取，得到包裹相位；通过多频外差解相法得到展开的绝对相位；

步骤S500，通过轮廓跟踪算法得到高反光区域在相机图像中的轮廓，根据轮廓像素的绝对相位计算其在投影图像中映射的轮廓，轮廓及轮廓内像素即为投影图像待调整区域；将高反光区域对应的相机像素，根据绝对相位计算出投影亚像素坐标并映射到投影像素内，对待调整的投影像素内及其四邻域像素内，统计映射亚像素坐标点对应的相机绝对相位，计算投其对应的一个或多个相机像素，得到投影像素灰度与其对应的相机像素平均灰度，构成灰度匹配对，用于拟合投影强度模型参数；

步骤S600，基于投影强度模型，根据求得的投影仪及相机匹配对，估计模型参数，计算投影仪图像中每个待调整像素的最佳投影强度，生成自适应条纹；

投影自适应正弦条纹，在高曝光时间下采集图像，根据相机与投影仪标定参数，根据单目投影仪条纹投影轮廓术三维重建模型，计算物体表面三维坐标。