[发明专利]一种正交多投射的混叠图像不分离结构光三维测量方法

说明书

本发明公开了一种正交多投射的混叠图像不分离结构光三维测量方法，包括：搭建多投射结构光三维测量平台；通过投影装置与对应摄像装置进行单独投射与拍摄，生成相移图像，基于相移图像求解所述测量平台的伽马值，求解相移图像的频率和灰度值；将预设编码图像投射到待测量物体的表面，获得混叠图像，求解混叠图像的相对相位及绝对相位，根据内外部参数，进行深度信息求解，获取点云信息，然后根据测量平台的标定参数对点云信息进行融合，获得被测物体表面的点云图，用于物体表面的三维形貌测量及物体尺寸的测量。本发明可以有效地保证大尺寸物体的有效测量，可应用于大尺寸金属表面平整度及表面质量检测等领域，具有重大实际应用价值。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量技术领域，尤其涉及一种正交多投射的混叠图像不分离结构光三维测量方法。

背景技术

机器视觉在现代工业制造中得到了广泛的应用，尤其是在一些高危环境中以及人工不可触的条件下更能凸显出其优势。视觉三维重建是指用相机拍摄真实世界的物体、场景，并通过计算机视觉技术进行处理，从而得到物体的三维模型。三维重建技术被广泛用于3D面部识别、虚拟现实、增强现实、机器人导航、机器人抓取和自动驾驶等领域。结构光测量技术与其他三维测量技术相比则更显优势，该方法实现简单、测量精度高、测量速度快和受环境光影响小。但是，单投射结构光系统通常都不能够做到一次性获取被测物体的表面全貌，尤其是对实时性较高的场景则需要一次获取被测物的三维形貌。多相机多投影的多结构光系统不仅可以解决一次性全貌重建的问题，也可以利用同一视角下的多投射解决单视角重建中的光线遮挡问题。

多投影仪对条纹图像的同时投射所导致的图像混叠问题是无法避免的。如果要解决该问题，最直接的方法是对相机所拍摄的混叠图像进行分离，然后再按照单投影结构光系统进行三维重建。但目前的多相机多投影测量方法存在着测量效率低，重叠图像分离精度差的问题，这严重影响到它的实际应用推广

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种正交多投射的混叠图像不分离结构光三维测量方法，利用所求解的复杂边界条件对频率和强度值进行约束，解决了图像混叠时会出现的亮度过曝和类干涉模糊问题；并对混叠图像的时间和空间特性进行研究，利用一维的离散傅里叶变换对基于时间顺序拍摄的相移图进行变换，通过相位谱分析而分别求得每个投影仪对应的相位，然后利用相位-深度解算方法而获得物体表面的三维形貌。

为实现上述目的，本发明提供了一种正交多投射的混叠图像不分离结构光三维测量方法，包括：

搭建多投射结构光三维测量平台，并调试所述多投射结构光三维测量平台；其中，所述多投射结构光三维测量平台包括摄像装置、投影装置、网卡以及计算机设备；

通过所述投影装置与对应摄像装置进行单独投射与拍摄，生成相移图像，基于所述相移图像求解所述测量平台的伽马值，并将所述伽马值编码于后续投射的相移图中，求解所述相移图像的频率和灰度值，确定所述摄像装置和所述投影装置的内外部参数；

将预设编码图像投射到待测量物体的表面，获得混叠图像，求解所述混叠图像的相对相位及绝对相位，根据所述内外部参数，进行深度信息求解，获取点云信息，然后根据所述测量平台的标定参数对所述点云信息进行融合，获得被测物体表面的点云图，用于物体表面的三维形貌测量及物体尺寸的测量。

优选地，所述多投射结构光三维测量平台中所述摄像装置不少于两台，所述投影装置不少于三台，所述摄像装置与所述投影装置之间建立有一致性触发机制；其中，所述一致性触发机制为所述投影装置保持一致性投影，投影完成后触发所述摄像装置进行采集，同时所述摄像装置在每次采集完混叠图像后触发所述投影装置投射下一幅图像。

优选地，调试所述多投射结构光三维测量平台，包括：

启动所述计算机设备，连接摄像装置、所述投影装置及所述网卡，测试所述投影装置与所述摄像装置之间的外触发功能，测试所述投影装置的光斑投影功能，测试所述摄像装置的图像采集功能；