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一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法技术

技术编号:19741054 阅读:23 留言:0更新日期:2018-12-12 04:02
本发明专利技术公开了一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法。采集光栅投影图像,光栅投影图像中包含阴影区域,阴影区域为待测物体背向光栅光源的一侧挡住光栅光源进而产生在相机成像上的区域;通过投影仪投影、通过相机采集进行N步相移获得N幅光栅投影图像作为相移图,预先设置高度跳变性和间断性阈值;合成处理获得包裹相位图,按时序逻辑状态表遍历各个像素点,遍历前初始化设置时序逻辑的各个变量,记录正跳变或负跳变作为时序逻辑的两个外输入值,根据外输入值和现态值确定各个像素点的次态值。本发明专利技术对光栅投影法三维测量后,分布在三维实体轮廓边缘的阴影相位进行有效去除,提高基于光栅投影法的三维形貌测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法
本专利技术涉及主动式三维形貌测量领域,主要涉及到基于光栅投影法的逆向工程中,利用阴影区域相位分布在三维实体边缘的显著特征对其进行去除,尤其涉及一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法。
技术介绍
光栅投影法是一种全场三角测量技术,其测量速度和测量精度较高,近年来已发展成为主动式三维形貌测量的主要技术之一。在光栅投影法的实际应用中,需要在空间内投影呈周期分布的光栅场,物体的形貌高度变化会对光栅场产生调制。由于被测物体边缘与测量平面之间存在高度的突变,光栅容易在被测物体边缘形成盲区和阴影噪声,导致解相位的精度较低,影响三维形貌测量精度。现有去除三维形貌测量结果中阴影噪声的方法,主要从避免阴影产生和克服阴影噪声影响两方面展开。在避免阴影产生的方面,苏礼坤等人采用基于调制度测量的三维检测法,通过保证投影方向与观察方向一致,可避免阴影、遮挡等现象的发生;邵双运等人利用调制度测量轮廓术实现对物体的垂直测量,特别适合于测量表面有高度剧烈变换或不连续区域的物体;郑东亮等人提出采用飞行时间法进行三维形貌测量,可以从根本上避免阴影噪声的产生。在克服阴影噪声影响方面,刘智娟等人提出了一种光栅投影图像的空域二值分割方法,克服了阴影噪声对解相位的影响;吴双卿等人采用柔性多标记点方法进行逐点增长解相,而且解相的区域通过模板图像处理得到的边界来限定,一定程度地消除了图像阴影的影响;吴剑波等人提出了一种基于网格光栅投影的立体视觉三维表面重建系统,在网格提取后可有效地消除阴影噪声。上述现有方法的问题主要有:其一,现有避免阴影产生的方法中,基于调制度测量的三维检测法对光学系统中相机和投影装置的位置关系有严格要求,难以实现;利用飞行时间法进行三维形貌测量的准确性不高,其测量结果存在中心点偏移、距离歧义性、混合像素等问题,且易受曝光时间和主动光源影响。其二,现有克服阴影噪声的方法,由于没有找到将阴影区别于实体的突出特征,所以在抑制阴影噪声的同时,会对待测物体的形貌特征进行破坏,引入附加测量误差。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提出了一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法,通过时序逻辑分析方法,对光栅投影法三维形貌测量所得包裹相位图中阴影噪声区域的跳变性和间断性特征进行检测,从而实现阴影去除,有效地提高基于光栅投影法三维形貌测量的精度。本发利用光栅投影法三维测量所得包裹相位图中阴影噪声区域的边缘特征,包括高度跳变性和间断性,并基于阴影噪声区域的边缘特征,采用时序逻辑分析法进行检测,并对阴影噪声区域进行去除。如图2所示,本专利技术所采用的技术方案是:步骤1),采集光栅投影图像,光栅投影图像中包含阴影区域,阴影区域为待测物体背向光栅光源的一侧挡住光栅光源进而产生在相机成像上的区域;所述步骤1)中,采用以下光栅投影系统:包括投影仪、相机和平台,待测物体置于平台上,投影仪和相机分别置于待测物体上方的两侧,投影仪的镜头和相机的镜头均朝向待测物体;投影仪产生相移光栅图样作为光栅光源投影到待测物体和平台上,投影方向和待测物体不垂直,相机采集相移光栅图样投影到待测物体和平台后的图像作为光栅投影图像;所述的相移光栅图样中每条条纹沿竖直方向分布,各条条纹沿水平方向的灰度变化呈现正弦性周期分布。步骤2),通过投影仪投影、通过相机采集进行N步相移获得N幅光栅投影图像作为相移图,N幅光栅投影图像所投影的相移光栅图样的相位不同,每相邻两幅光栅投影图像所投影的相移光栅图样的相位之差均相同;预先设置用于对阴影噪声区域的高度跳变性和间断性特征进行检测的阈值,阴影噪声区域是指光栅投影图像中阴影区域在包裹相位图中所产生的噪声区域;所述包裹相位图由N幅光栅投影图像合成处理获得;所述的高度跳变性是指位于包裹相位图同一行或同一列中相邻两像素点灰度值的超过高度跳变阈值的特征;间断性是指位于包裹相位图同一行或同一列的像素中连续两个及以上像素点的灰度值为0的特征。包裹相位图中个像素点的值为相位值,该值与三维相貌测量在该像素点所测量的高度正相关;为更直观地表达包裹相位图,将包裹相位图中个像素点的相位值正比例地换算为灰度值,该灰度值同样与该像素点所测量的高度正相关。步骤3),时序逻辑检测和阴影去除:由N幅光栅投影图像合成处理获得一幅包裹相位图,沿包裹相位图的行/列按照时序逻辑状态表遍历各个像素点,遍历前初始化设置时序逻辑的各个变量,并将正跳变或负跳变的发生与否记录在时序逻辑变量中,作为时序逻辑的两个外输入值,并根据外输入值和现态值确定各个像素点的次态值;次态值为时序逻辑中表示状态变量的下一个变化值。根据时序逻辑的输出结合阴影噪声区域的前后边界值去除阴影噪声区域,从而完成三维测量阴影的去除。所述步骤2)具体包括设置高度跳变阈值,高度跳变阈值用于对位于同一行或者同一列身上的相邻两像素点间进行高度跳变性检测;设置跨度阈值,跨度阈值用于后续对阴影噪声分布的间断性进行检测。在步骤2)中,需要设置两个阈值:一个是高度跳变阈值,作为阴影噪声区域高度跳变性的检测判据;另一个是跨度阈值,作为阴影噪声区域间断性的检测判据。在待测物体三维形貌测量表面的非边缘区域,一般不会检测到高度跳变性,所以上述高度跳变形检测判据不会将三维重构表面误判为阴影噪声区域,因此,该部分区域通过高度跳变性区别于阴影噪声区域。在待测物体三维形貌测量表面的边缘区域,虽然可能检测出高度跳变性,但考虑到阴影噪声区域分布的间断性,即阴影噪声区域的长度远小于待测物体表面,可以利用上述跨度阈值防止阴影噪声区域的误判。所述的时序逻辑为mealy型的同步时序逻辑,包括以下变量:第一、第二状态变量Q1、Q2,共构成的四种逻辑状态;第一、第二外输入U、D,用于记录正跳变或负跳变的逻辑变量;第一、第二输出变量Z1、Z2,其中Z1表征是否进行去除阴影噪声区域并决定阴影噪声区域的后边界的记录时间,Z2决定阴影噪声区域的前边界的记录时间;阴影噪声区域的前后边界值u1、u2。所述时序逻辑边缘检测方法在包裹相位图中进行逐行循环或逐列循环。若阴影噪声区域主要在包裹相位图的行方向上分布,宜选择逐行循环的方式;若阴影噪声区域主要在包裹相位图的列方向上分布,宜选择逐列循环的方式。所述步骤3),针对每一行/列均采用以下方式进行时序逻辑遍历,包括:3.1)在各行/列遍历开始时对时序逻辑的变量进行初始化:初始化两个状态变量为置0,即第一状态变量Q1=0,第二状态变量Q2=0;初始化将阴影噪声区域的前后边界值置为1,即前边界值u1=1,后边界值u2=1;初始化将第一、第二输出变量Z1、Z2置为0;并且,对于第一个像素点,进行高度跳变检测前,在第一个像素点前构建第零个像素点,作为第一个像素点的前一个相邻像素点,第零个像素点的灰度值置为0;3.2)从每一行/列第一个像素点作为当前像素点开始,采用以下方式对各行/列所有像素点依次进行遍历:3.2.1)根据当前像素点和前面的相邻像素点进行比较确定当前像素点的外输入值:若相邻两像素点的灰度值之差的绝对值小于高度跳变阈值,则未出现高度跳变,将当前像素点的两个外输入均置为U=0,D=0,U表示正跳变时序逻辑的外输入值,D表示负跳变时序逻辑的外输入值;若相邻两像素点的灰度值之差的绝对值不小本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于时序逻辑边缘检测的光栅投影图像中三维测量阴影去除方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1),采集光栅投影图像,光栅投影图像中包含阴影区域,阴影区域为待测物体(4)背向光栅光源的一侧挡住光栅光源进而产生在相机(2)成像上的区域;所述步骤1)中,采用以下光栅投影系统:包括投影仪(1)、相机(2)和平台(3),待测物体(4)置于平台(3)上,投影仪(1)和相机(2)分别置于待测物体(4)上方的两侧,投影仪(1)的镜头和相机(2)的镜头均朝向待测物体(4);投影仪(1)产生相移光栅图样作为光栅光源投影到待测物体(4)和平台(3)上,相机(2)采集相移光栅图样投影到待测物体(4)和平台(3)后的图像作为光栅投影图像;步骤2),通过投影仪(1)投影、通过相机(2)采集进行N步相移获得N幅光栅投影图像作为相移图,N幅光栅投影图像所投影的相移光栅图样的相位不同,每相邻两幅光栅投影图像所投影的相移光栅图样的相位之差均相同;预先设置用于对阴影噪声区域的高度跳变性和间断性特征进行检测的阈值,阴影噪声区域是指光栅投影图像中阴影区域在包裹相位图中所产生的噪声区域;步骤3),时序逻辑检测和阴影去除:由N幅光栅投影图像合成处理获得一幅包裹相位图,沿包裹相位图的行/列按照时序逻辑状态表遍历各个像素点,遍历前初始化设置时序逻辑的各个变量,并将正跳变或负跳变的发生与否记录在时序逻辑变量中,作为时序逻辑的两个外输入值,并根据外输入值和现态值确定各个像素点的次态值;根据时序逻辑的输出结合阴影噪声区域的前后边界值去除阴影噪声区域。...

【技术特征摘要】
1.一种基于时序逻辑边缘检测的光栅投影图像中三维测量阴影去除方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1),采集光栅投影图像,光栅投影图像中包含阴影区域,阴影区域为待测物体(4)背向光栅光源的一侧挡住光栅光源进而产生在相机(2)成像上的区域;所述步骤1)中,采用以下光栅投影系统:包括投影仪(1)、相机(2)和平台(3),待测物体(4)置于平台(3)上,投影仪(1)和相机(2)分别置于待测物体(4)上方的两侧,投影仪(1)的镜头和相机(2)的镜头均朝向待测物体(4);投影仪(1)产生相移光栅图样作为光栅光源投影到待测物体(4)和平台(3)上,相机(2)采集相移光栅图样投影到待测物体(4)和平台(3)后的图像作为光栅投影图像;步骤2),通过投影仪(1)投影、通过相机(2)采集进行N步相移获得N幅光栅投影图像作为相移图,N幅光栅投影图像所投影的相移光栅图样的相位不同,每相邻两幅光栅投影图像所投影的相移光栅图样的相位之差均相同;预先设置用于对阴影噪声区域的高度跳变性和间断性特征进行检测的阈值,阴影噪声区域是指光栅投影图像中阴影区域在包裹相位图中所产生的噪声区域;步骤3),时序逻辑检测和阴影去除:由N幅光栅投影图像合成处理获得一幅包裹相位图,沿包裹相位图的行/列按照时序逻辑状态表遍历各个像素点,遍历前初始化设置时序逻辑的各个变量,并将正跳变或负跳变的发生与否记录在时序逻辑变量中,作为时序逻辑的两个外输入值,并根据外输入值和现态值确定各个像素点的次态值;根据时序逻辑的输出结合阴影噪声区域的前后边界值去除阴影噪声区域。2.根据权利要求1所述的一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法,其特征在于:所述步骤2)具体包括设置高度跳变阈值,高度跳变阈值用于对位于同一行或者同一列身上的相邻两像素点间进行高度跳变性检测;设置跨度阈值,跨度阈值用于后续对阴影噪声分布的间断性进行检测。3.根据权利要求1所述的一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法,其特征在于:所述的时序逻辑为mealy型的同步时序逻辑,包括以下变量:第一、第二状态变量Q1、Q2,共构成的四种逻辑状态;第一、第二外输入U、D,用于记录正跳变或负跳变的逻辑变量;第一、第二输出变量Z1、Z2;阴影噪声区域的前后边界值u1、u2。4.根据权利要求3所述的一种基于时序逻辑边缘检测的三维测量阴影去除方法,其特征在于:所述步骤3),针对每一行/列均采用以下方式进行时序逻辑遍历,包括:3.1)在各行/列遍历开始时对时序逻辑的变量进行初始化:初始化两个状态变量为置0,即第一状态变量Q1=0,第二状态变量Q2=0;初始化将阴影噪声区域的前后边界值置为1,即前边界值u1=1,后...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵昕玥李沛隆何再兴张树有谭建荣
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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