[发明专利]一种高动态表面的高精度三维测量方法

权利要求书

1.一种高动态表面的高精度三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用1个投影仪与2个相机组成的三维视觉测量系统，生成多频外差投影图像：依据多频外差的测量原理，设置相移图像的投影周期T_f的值，T_f投影仪分辨率，其中f∈[2,F]，F表示采用的投影周期的个数，根据式(1)生成用于投影的时域正弦信号，通过投影仪向待测物体投射相移光场序列

式中，I^p表示投影的灰度强度，(x^p,y^p)为投影仪平面的像素坐标，a和b分别表示图像的平均强度和调制强度，为相位信息，δ表示相移量：δ_n＝2π(n-1)/N，N为相移步数，n∈[1,N]；

步骤2，利用步骤1获取被测物体的多曝光序列：投影仪向物体表面投射步骤1生成的正弦条纹；通过改变相机的曝光时间，调整相机感光元件的感光时间；依据不同曝光时间下被测物体表面的过曝光区域和曝光不足区域的大小，按照递增或者递减的方式调整相机曝光时间进行拍照，从而获得一系列被测物体的灰度强度为的图片，c表示相机，K表示曝光次数，k∈[1,K]；

步骤3，确定像素灰度的选取范围：依据步骤2相机拍摄到的图片序列，确定需要修改的像素的灰度强度；相机拍摄到的高动态表面的图片同时存在过曝光和曝光不足两种区域，设置最小灰度强度阈值thr_min，最大灰度强度阈值thr_max，来确定像素灰度强度的选取范围；

步骤4，利用步骤2和步骤3生成每幅图片的掩膜：将拍摄的K×N×F张图片按照曝光时间、投影周期以及相移步数分为F组灰度强度为的图片，每组包含当前投影周期T_f下N步相移和K次曝光时间的所有图片即：

式中(x^c,y^c)表示相机平面的像素坐标；

对每组的图片进行逐像素遍历，生成对应的掩膜序列统计中每行图片序列中满足的数量pixel_k(x^c,y^c)：

根据pixel_k(x^c,y^c)依据式(4)确定图片的掩膜序列

若pixel_k(x^c,y^c)的值在k取1....K时均相等，则选择曝光时间最长的一组图片的对应像素点作为最终融合的像素点、从而保证合成图片的信噪比；每组具有相同曝光时间，相同投影周期T_f，N步相移的图片采用同一掩膜图片，最终生成掩膜图片序列；

步骤5，多曝光序列图片融合：将步骤4中掩膜图片序列通过式(5)与多曝光序列图片相乘进行融合获得一组高动态范围图片：

式中K表示曝光次数，T_f表示不同的投影周期，n表示不同的相移步数；

通过三维重建算法来获取被测高动态表面的三维信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的三维重建算法为：利用步骤5合成的高动态图片序列，采用相移法求得图片的包裹相位，再利用多频外差法求解图片的绝对相位，最后通过极线矫正，利用求解得到的绝对相位、相机和投影仪的三角位置关系、标定得到的相机和投影仪的位置矩阵以及相机的内外参数矩阵进行三维重建。