一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，该方法首先通过对被测物体投射白色图像，并自适应得出适合物体表面反射特性的编码通道，然后采用多频多色条纹构成周期性组合条纹，完成对条纹的局部空间编码；最后利用格雷二进制编码对上述空间编码的周期进行时间编码。投射上述编码图案对轮廓进行测量，得到被测对象的三维轮廓数据。本发明专利技术能够在保证测量效率的前提下，解决彩色编码测量精度和解码可靠性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法
本专利技术属于光电测量
，涉及一种光学三维轮廓测量方法，尤其是一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法。
技术介绍
光学三维轮廓测量技术一直是三维传感与计量领域研究的热点，广泛应用于制造业、计算机辅助医学、虚拟现实、文化遗产保护等方面。由于其具有非接触、非破坏、速度快、精度高等特点，使其成为最为理想的轮廓形貌测量手段。结构光三维轮廓测量方法，根据投射到物体上的光场以及投影系统、采集系统与被测物基准的几何关系解调出被测物场的三维信息。对投影出的每根条纹需要进行编码，以相互区别。编码可分为空间编码和时间编码。空间编码法一般采用彩色图案，且仅需一次投射就可获得被测物体的深度图像，适合于动态测量，但目前分辨力还不能满足要求，编码图案易受景物表面特性不同而产生的噪声点影响，发生译码错误；另外，彩色图案的使用会引入RGB通道错位误差和串色，降低测量精度。时间编码常用二进制编码将多次不同的投射图案编码序列组合起来进行解码，解码错误率低，但其方法要求投射空间位置保持不变，并进行多次投射，因此测量速度受到影响。综上所述，需要选取一种合适的方法，在同等投影条纹密度下，既能保证测量精度和解码可靠性，又能提高编码速度。因此，十分必要研究一种能够协调或解决上述问题的三维轮廓测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，其能够保证测量效率的前提下，解决彩色编码测量精度和解码可靠性问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：这种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，包括以下步骤：1)首先对被测物体投射白色图像，通过对拍摄图像的RGB通道的分析得出物体表面的反射特性，并根据反射特性自适应选取编码彩色通道；2)根据上述选取的编码颜色通道生成多频彩色空间编码图案：首先选取编码彩色通道中反射率高且均匀的通道作为最高频通道，仅对该通道的条纹图案进行条纹提取；将其余的通道作为编码通道；3)利用二进制格雷码以上述空间编码图案的每周期为单位对多周期条纹进行时间编码；或者，用一幅彩色图像中的一个通道代替二进制编码的一幅图像；4)将上述时空彩色编码条纹使用数字投影设备投射至被测物体表面，并用彩色相机对图像进行采集；5)对格雷编码图像进行解码，得到空间编码每个周期的编码码值；将拍摄到的空间编码图像中最高频率通道的灰度图像取出，根据各通道间条纹频率的差异进行串色矫正，对串色矫正后的灰度条纹图像进行条纹中心提取；通过其余通道图像的分析，对提取条纹中心位置在空间编码周期内进行解码，并最终得到每根最高频率条纹中心的编码值；6)利用提取条纹中心及结构光三维轮廓测量方法解算被测物体的轮廓信息。进一步，使用自适应选取的颜色通道生成多频彩色周期性条纹图案和格雷编码图案，并将两者相结合投射进行测量，并且结合彩色条纹具有周期性且各通道频率不同的特点滤除串色干扰。本专利技术具有以下有益效果：由于本专利技术使用了多频彩色时空编码，在保证一定测量效率的前提下降低了彩色编码测量误差及误码率，有效解决彩色结构光编码三维轮廓测量中精度差、可靠性低的问题。附图说明图1是本专利技术的测量装置原理图；图2是本专利技术中的自适应多频彩色时空编码实现流程图；图3是多频彩色空间编码示意图；图4是格雷码彩色编码示意图；图5是编码投影图像(以待提取中心条纹32根为例)；其中(a)是编码条纹图像，(b)是编码条纹的截面归一化光强分布；图6是图5中所示投射条纹的解码示意图。具体实施方式本专利技术自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法采用的技术方案是：首先通过对被测物体投射白色图像，并自适应得出适合物体表面反射特性的编码通道；然后采用多频多色条纹构成周期性组合条纹，来代替传统的空间彩色编码图案，完成对条纹的局部空间编码；最后利用格雷二进制编码对上述空间编码的周期进行时间编码，为进一步提高效率，还可用彩色图案中的某一个通道代替其中一幅黑白图案。投射上述编码图案对轮廓进行测量，得到被测对象的三维轮廓数据。其具体步骤如下：1)首先对被测物体投射白色图像，通过对拍摄图像的RGB通道灰度变化的分析得出物体表面的反射特性，并根据反射特性自适应选取编码通道；2)根据上述选取的编码颜色通道生成多频周期性彩色空间编码图案：首先选取编码通道中反射率高且较均匀的通道作为最高频通道，这样该通道的条纹图案成像质量较好；仅对该通道的条纹图案进行条纹提取，这样可避免由于RGB通道错位带来的误差；将其余的通道作为编码通道，这些通道中条纹的频率互不相同，但均低于最高频率通道的条纹频率，且需满足最高频率是其他编码条纹频率的整数倍，这样能最大限度保证条纹中心的解码可靠性；另外，可根据各通道中的频率不同的特点对通道间的串色进行矫正。3)为了进一步提高解码的可靠性，一般上述空间编码条纹图案的周期不易过长，因此再利用二进制格雷码对上述空间编码图案的周期进行时间编码；另外，为提高测量效率，亦可用一幅彩色图像的一个通道代替二进制编码的一幅灰度图像。4)利用数字投影设备将上述时空编码图案投射至被测物体表面。5)对格雷编码图像中空间编码的每个周期进行识别和解码。6)将空间编码拍摄图像最高频率通道的灰度图像取出，先根据频率信息进行串色矫正，对矫正后的灰度图像进行条纹中心提取；通过其余两个通道图像的分析，对提取条纹中心所在位置进行空间编码周期内的解码，结合5)中的解码结果最终得到每根最高频率条纹中心的编码值。7)利用时空编码图案中最高频率通道条纹中心以及结构光三维轮廓测量方法解算被测物体的轮廓信息。下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。1)实现编码颜色的自适应过程对被测物体投射一幅白色图像，分析拍摄图像的RGB通道的反射特性，可得出以下三种情况：a)RGB通道均适合做编码；b)两个通道适合做编码；c)一个通道适合编码。对应的编码流程示意如图2所示。2)针对上述三种情况进行编码a.RGB通道均适合做编码。整个编码分空间和时间编码两部分。空间编码：三个通道的图像皆为周期变化的条纹，选取其中反射特性最好的通道作为最高频率通道，其频率记为f1，其它两个通道的频率为f1和f3假设f1>f2，且f2和f3分别满足f2＝f1/k1，f3＝f1/k2。k1和k2选取的原则一是保证所有中频和低频条纹的峰值处与相应处高频的峰值重合，二是应尽可能使编码的周期T长。前者是为了最大限度地提高解码的可靠性，后者是最大限度地提高编码的效率；T为相邻n(2≤n≤4)根条纹的颜色次序的重复周期(如图3)。例如，图3中频率最高的R通道作为定位条纹通道，G和B通道为编码通道，其中k1＝3、k2＝4，这样既保证了三通道的频率有足够的间隔，又能使三种频率的条纹峰值重合。时间编码：空间编码一般是利用相邻n根条纹的颜色顺序来进行编、解码，因此必须保证任意相邻的n根条纹的次序在编码结果中的唯一性，一般n典型值取3。为了保证编、解码的可靠性，前面完成的多频编码的最小周期长度不宜太长，因此通常情况下仅用一个周期的空间编码不能满足大视场测量要求，为了识别每个周期T，再利用时间编码加以区分。时间编码拟采用格雷编码法，通常时间编码图像采用黑白图像，为进一步提高效率，也可用彩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先对被测物体投射白色图像，通过对拍摄图像的RGB通道的分析得出物体表面的反射特性，并根据反射特性自适应选取编码彩色通道；2)根据上述选取的编码颜色通道生成多频彩色空间编码图案：首先选取编码彩色通道中反射率高且均匀的通道作为最高频通道，仅对该通道的条纹图案进行条纹提取；将其余的通道作为编码通道；3)利用二进制格雷码以上述空间编码图案的每周期为单位对多周期条纹进行时间编码；或者，用一幅彩色图像中的一个通道代替二进制编码的一幅图像；4)将上述时空彩色编码条纹使用数字投影设备投射至被测物体表面，并用彩色相机对图像进行采集；5)对格雷编码图像进行解码，得到空间编码每个周期的编码码值；将拍摄到的空间编码图像中最高频率通道的灰度图像取出，根据各通道间条纹频率的差异进行串色矫正，对串色矫正后的灰度条纹图像进行条纹中心提取；通过其余通道图像的分析，对提取条纹中心位置在空间编码周期内进行解码，并最终得到每根最高频率条纹中心的编码值；6)利用提取条纹中心及结构光三维轮廓测量方法解算被测物体的轮廓信息。

【技术特征摘要】
1.一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先对被测物体投射白色图像，通过对拍摄图像的RGB通道的分析得出物体表面的反射特性，并根据反射特性自适应选取编码彩色通道；2)根据上述选取的编码颜色通道生成多频彩色空间编码图案：首先选取编码彩色通道中反射率高且均匀的通道作为最高频通道，仅对该通道的条纹图案进行条纹提取；将其余的通道作为编码通道；3)利用二进制格雷码以上述多频彩色空间编码图案的每周期为单位对多周期条纹进行时间编码；或者，用一幅彩色图像中的一个通道代替二进制编码的一幅图像；4)将上述多频彩色空间编码条纹和时间编码条纹使用数字投影设备投射至被测物体表面，并用彩色相机对图像进行采集；5)上述时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昭，薛琦，黄军辉，高建民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61