[发明专利]基于过曝光连通域强度自适应分布的高动态三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于过曝光连通域投影强度自适应分布的高动态三维测量方法，生成最大输入灰度图和正弦条纹图，投影到被测物体表面并同步采集；根据阈值从采集到的最大输入灰度图中识别出过曝光区域，提取过曝光区域的边界并跟踪；结合预先标定获得的参数和采集到的正弦条纹对物体进行初步三维重建；将边界的坐标映射到投影仪像素坐标系并跟踪，自动连接形成闭合边界；由闭合边界生成二值掩码，降低闭合边界内的最大输入灰度级重新生成最大输入灰度图和正弦条纹；再次投影最大输入灰度图和正弦条纹到物体上并采集，直至采集到的最大输入灰度图无过曝光区域，利用相应的正弦条纹重建出物体完整的三维。本发明可以实现对高动态范围物体的三维测量。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体为一种基于过曝光连通域强度自适应分布的高动态三维测量方法。

背景技术

随着数字化技术的发展，三维测量技术在各个领域有着越来越广泛的应用需求。其中光学三维测量方法多种多样，大致可以分为多(双)目立体视觉、飞行时间法、结构光投影法等，可以在没有实体接触的情况下灵活、高效地感知物体表面的形状。其中，结构光条纹投影法被认为是目前最有前途的技术之一。其通过计算机控制投影仪投影预先设计好的正弦条纹图到物体上，同时相机捕获到相应的变形条纹传输到计算机，然后计算机再从捕获的条纹图像当中提取出相位信息，最后结合预先标定系统获得的参数实现对物体真实三维的测量。

条纹投影技术已在多方面有所应用，但在测量物体高反射区域的时候容易出现过曝光的现象，尽管可以通过改变光圈或曝光时间来避免图像饱和，但同时会降低低反射区域的强度调制，导致测量精度较差。目前高动态三维测量方法中，基于多重曝光的技术通过多次改变曝光时间，多次采集同一场景下的变形条纹图像，融合生成高动态范围的复合条纹图像用于三维重建，但是该方法需要采集大量的图像从而造成测量方法整体耗时较长，操作繁琐。高反射区域的三维测量仍然是一个具有挑战性的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于过曝光连通域强度自适应分布的高动态三维测量方法，可以在不改变相机光圈、曝光时间的情况下，实现对高动态范围物体的三维测量。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种基于过曝光连通域强度自适应分布的高动态三维测量方法，具体步骤为：

步骤1：使用计算机生成最大输入灰度图和四步相移正弦条纹图，利用单目条纹投影系统将最大输入灰度图和四步相移正弦条纹图投影到被测物体表面并同步采集正弦条纹图和最大输入灰度图；

步骤2：从采集到的最大输入灰度图中识别出连通的过曝光区域，提取相机像素坐标系下过曝光区域的边界并跟踪；

步骤3：结合对系统标定获得的参数和由采集到的正弦条纹获得的连续相位对物体进行初步三维重建；

步骤4：将相机像素坐标系下的闭合边界坐标映射到投影仪像素坐标系下，追踪闭合边界在投影仪像素坐标系下的坐标，进行自动连接形成闭合边界；

步骤5：由闭合边界生成二值掩码，降低闭合边界内部的最大输入灰度级重新生成最大输入灰度图和强度调整后的正弦条纹；

步骤6：再次投影最大输入灰度图和正弦条纹到物体上并采集，重复步骤2～5，直至投影最大输入灰度图所采集到的图片无过曝光区域，利用正弦条纹获得的连续相位重建出物体完整的三维。

优选地，步骤1中计算机生成的四步相移正弦光栅条纹的光学表达式如下所示：

其中，n＝0,1,2,3为相移指数，(u^p,v^p)为投影仪像素坐标，M_migl为最大输入灰度图，a^p表示平均强度，b^p表示幅度，是投影正弦条纹的频率。