一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法。采用光栅投影系统采集数字投影光栅图像，采用光栅投影系统，待测物体置于平台上，投影仪连接计算机，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；计算机中发出输入光栅模式的信号，输入到投影仪中产生光栅图样作为光栅光源照射到待测物体和平台上，相机采集光栅图样照射到待测物体和平台后的图像作为输出光栅模式；结合将输入光栅模式和输出光栅模式依次进行光强校正、像素匹配、正弦校正的步骤。本发明专利技术方法有效地改善投影光栅的质量，提高基于相移法的光栅投影三维测量精度，并可一定程度地扩大数字光栅投影设备的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法
本专利技术涉及主动式三维测量
，主要涉及一种提高数字投影光栅正弦性的方法，尤其涉及一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法。
技术介绍
在主动式光学测量中，光栅投影法以其较高的测量速度和测量精度，在三维形貌测量中得到广泛应用。在光栅投影法中，三维形貌信息被隐藏在光栅场的空间分布中，通过对光栅场进行解相位，即可获取待测物体的高度信息。由此可见，光栅场的精度直接影响三维形貌测量的精度，提高光栅场的精度对光栅投影三维形貌测量具有重要意义。在现有研究中，对光栅场的获取主要包括两种方法，一是利用光学装置产生光栅场，二是采用数字投影方法产生光栅场。采用光学装置获取光栅场容易获得正弦性很好的光栅条纹，却需要昂贵的设备成本，苏显渝等人采用罗奇光栅离焦投影产生光栅场，SuWH等人利用声光效应的光波干涉法产生光栅场，WangB等人采用准直激光器干涉法产生光栅场。采用数字投影法获取光栅场极大地便利了光栅场的获取，扩大了光栅投影法的适用条件，但该方法所产生光栅的正弦性较差，三维形貌测量的精度较低。为了提高数字投影光栅的精度，现有研究主要围绕两方面展开，一方面是直接以输出光栅模式为校正对象；另一方面是以输入光栅模式为校正对象。在直接以输出光栅模式进行校正的研究中，CaoY等人讨论了数字投影过程中的光强传递函数和相机非线性因素对光栅正弦性所产生的影响，并针对上述光强传递函数对输出光栅模式提出了误差补偿方法；GuoHW等人对输出光栅模式的Gamma非线性值进行估计，并对估计误差进行量化，建立出误差表，通过查表法对输出光栅模式中存在的非正弦误差进行补偿。在以输入光栅模式为校正对象的研究中，邵双运等人提出与LCD投影仪相比，利用DLP投影仪产生数字光栅时的相移误差较小，并通过所建立的离散采样模型，提出了通过调节相机和投影仪的采样频率，进而提高光栅精度的方法；严家明等人通过投射多个补偿光栅对原始光栅进行叠加，对输出光栅模式进行校正；盖绍彦等人提取出输入光栅模式与输出光栅模式的某一周期中的相位对应关系，以此构建出相位离散校正对，并通过插值得到相位连续校正对，对输入光栅模式进行校正。上述方法主要存在下述问题：第一，对输出光栅模式进行直接校正的方法受测量系统的影响较大，且在误差补偿时可能会产生不可预料的附加误差，因此，为了避免附加误差的产生，以输入光栅模式为校正对象更为合理。第二，在以输入光栅模式为校正对象的方法中，盖绍彦等人所提出的方法在建立校正对时的取样范围较小，校正效果的组间差异较大，可能使光栅模式整体的校正结果存在局部不理想的情况；且现有方法均未考虑到输入光栅模式与输出光栅模式间存在畸变全局修正的问题，在校正中存在系统误差。基于此，本专利技术提出了一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法。本专利技术所采用的的技术方案是：本专利技术采用光栅投影系统采集数字投影光栅图像，采用光栅投影系统：包括投影仪、计算机、相机和平台，待测物体置于平台上，投影仪连接计算机，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；计算机中发出输入光栅模式的信号，输入到投影仪中产生光栅图样作为光栅光源照射到待测物体和平台上，投影方向和待测物体不垂直，相机采集光栅图样照射到待测物体和平台后的图像作为输出光栅模式；结合将输入光栅模式和输出光栅模式依次进行光强校正、像素匹配、正弦校正的步骤。所述光强校正作为像素匹配步骤的前置步骤，像素匹配步骤作为正弦校正的前置步骤。所述的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。所述光强校正，包括波峰(波谷)平台的判断、光栅场参数调整。所述光强校正步骤将输出光栅模式的首行做为校正依据，所述像素匹配步骤通过畸变全局修正解决输出光栅模式与输入光栅模式像素周期的像素匹配问题，所述像素匹配和正弦校正对输出光栅模式进行逐行遍历。所述的输出光栅模式是相机获取到的待测物体和平台表面带光栅图样的灰度图，所述的输入光栅模式是计算机控制投影仪照射出光栅图样的灰度图。由于波峰平台和波谷平台的出现仅与投影仪和相机的光强响应范围有关，可认为波峰平台和波谷平台的出现在不同行间不具有差异性，故仅选取输出光栅模式的首行作为光强校正的依据，并依此对整个光栅模式进行校正。所述光强校正具体为：通过相机获取的输出光栅模式的图像反馈，不断迭代调整计算机发出的输入光栅模式的信号输入到投影仪，即根据输出光栅模式的首行像素点灰度分布反馈调整输入光栅模式的首行像素点灰度分布，进而调整投影仪照射到待测物体的光栅图样的背景光强和调制幅度：第i+1次迭代调整时，输入光栅模式的背景光强ai+1和调制幅度bi+1是根据第i次迭代调整时输入光栅模式的背景光强ai和调制幅度bi采用以下方式处理计算获得：其中，Z1、Z2分别表示背景光强迭代变量、调制幅度迭代变量，分别表示是否对背景光强或调制幅度进行调整，其值由波峰平台和波谷平台的出现有关；si+1表示第i+1次迭代调整时的迭代步长；用带有所计算获得的背景光强ai+1和调制幅度bi+1的输入光栅模式通过计算机5产生并输入到投影仪1进行下一次投影；具体地，由于输入光栅模式参数与输出光栅模式参数间的差异，上述光强校正中迭代步长si+1根据输出光栅模式的拟合参数进行确定。本专利技术引入λ进行调和，以解决在光强校正的对象为输入光栅模式而迭代步长si+1根据输出光栅模式得到的情况下，输入、输出光栅模式背景光强和调制幅度不同的问题。上述公式中的迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2具体采用以下方式获得：绘制输出光栅模式首行像素点的灰度分布曲线，判断判断曲线上是否出现波谷平台和波峰平台；波谷平台是指在灰度分布曲线极小值点附近连续出现的至少10个极小邻域点所构成的区域，极小邻域点为处于极小值点前后附近且灰度值位于极小值点灰度值的邻域范围内；波峰平台是指在灰度分布曲线极大值点附近连续出现的至少10个极大邻域点所构成的区域，极大邻域点为处于极大值点前后附近且灰度值位于极大值点灰度值的邻域范围内；若出现波谷平台而未出现波峰平台，迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2计算为：Z1＝1,Z2＝0上式中，Li为第i次迭代调整时输出光栅模式中的所有像素点的最高灰度值，Ai为第i次迭代调整时输出光栅模式的背景光强，Bi为第i次迭代调整中输出光栅模式调制幅度的拟合值，λ1为光强的比例缩放系数。若出现波峰平台而未出现波谷平台，迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2计算为：si+1＝-λ1[(Ai+Bi)-Li]Z1＝1,Z2＝0若波峰平台和波谷平台同时出现，需要减小输入光栅模式的调制幅度，迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2计算为：Z1＝0,Z2＝1其中，为波峰平台的极大值点及其附件所有极大邻域点的平均灰度值，为波谷平台的极小值点及其附件所有极小邻域点的平均灰度值；若波峰平台和波谷平台均未出现，则无需校正，不做处理，并终止迭代调整；设置迭代次数阈值，在迭代调整达到迭代次数阈值后，终止迭代调整。光强校正完成后，波峰平台和波谷平台被消除。但由于投影仪投射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法，其特征在于：采用光栅投影系统采集数字投影光栅图像，采用光栅投影系统：包括投影仪(1)、计算机(5)、相机(2)和平台(3)，待测物体(4)置于平台(3)上，投影仪(1)连接计算机(5)，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)；计算机中发出输入光栅模式的信号，输入到投影仪中产生光栅图样作为光栅光源照射到待测物体(4)和平台(3)上，相机(2)采集光栅图样照射到待测物体(4)和平台(3)后的图像作为输出光栅模式；结合将输入光栅模式和输出光栅模式依次进行光强校正、像素匹配、正弦校正的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法，其特征在于：采用光栅投影系统采集数字投影光栅图像，采用光栅投影系统：包括投影仪(1)、计算机(5)、相机(2)和平台(3)，待测物体(4)置于平台(3)上，投影仪(1)连接计算机(5)，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)；计算机中发出输入光栅模式的信号，输入到投影仪中产生光栅图样作为光栅光源照射到待测物体(4)和平台(3)上，相机(2)采集光栅图样照射到待测物体(4)和平台(3)后的图像作为输出光栅模式；结合将输入光栅模式和输出光栅模式依次进行光强校正、像素匹配、正弦校正的步骤。2.根据权利要求1所述的一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法，其特征在于：所述的输出光栅模式是相机(2)获取到的待测物体(4)和平台(3)表面带光栅图样的灰度图，所述的输入光栅模式是计算机(5)控制投影仪(1)照射出光栅图样的灰度图。3.根据权利要求1所述的一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法，其特征在于：所述光强校正具体为：通过相机(2)获取的输出光栅模式的图像反馈，不断迭代调整计算机(5)发出的输入光栅模式的信号输入到投影仪(1)，进而调整投影仪(1)照射到待测物体(4)的光栅图样的背景光强和调制幅度：第i+1次迭代调整时，输入光栅模式的背景光强ai+1和调制幅度bi+1是根据第i次迭代调整时输入光栅模式的背景光强ai和调制幅度bi采用以下方式处理计算获得：其中，Z1、Z2分别表示背景光强迭代变量、调制幅度迭代变量，si+1表示第i+1次迭代调整时的迭代步长；用带有所计算获得的背景光强ai+1和调制幅度bi+1的输入光栅模式通过计算机5产生并输入到投影仪1进行下一次投影；上述公式中的迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2具体采用以下方式获得：绘制输出光栅模式首行像素点的灰度分布曲线，判断判断曲线上是否出现波谷平台和波峰平台；波谷平台是指在灰度分布曲线极小值点附近连续出现的至少10个极小邻域点所构成的区域，极小邻域点为处于极小值点前后附近且灰度值位于极小值点灰度值的邻域范围内；波峰平台是指在灰度分布曲线极大值点附近连续出现的至少10个极大邻域点所构成的区域，极大邻域点为处于极大值点前后附近且灰度值位于极大值点灰度值的邻域范围内；若出现波谷平台而未出现波峰平台，迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2计算为：Z1＝1,Z2＝0上式中，Li为第i次迭代调整时输出光栅模式中的所有像素点的最高灰度值，Ai为第i次迭代调整时输出光栅模式的背景光强，Bi为第i次迭代调整中输出光栅模式调制幅度的拟合值，λ1为光强的比例缩放系数；若出现波峰平台而未出现波谷平台，迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2计算为：si+1＝-λ1[(Ai+Bi)-Li]Z1＝1,Z2＝0若波峰平台和波谷平台同时出现，迭代步长si+1和两个迭代变量Z1、Z2计算为：Z1＝0,Z2＝1其中，为波峰平台的极大值点及其附件所有极大邻域点的平均灰度值，为波谷平台的极小值点及其附件所有极小邻域点的平均灰度值；若波峰平台和波谷平台均未出现，则无需校正，不做处理，并终止迭代调整；设置迭代次数阈值，在迭代调整达到迭代次数阈值后，终止迭代调整。4.根据权利要求1所述的一种基于畸变全局修正的数字投影光栅图像拟合校正方法，其特征在于：所述的像素匹配具体包括：2.1)计算输出光栅模式各行首个像素点的灰度值的初始相位，将所有行的首个像素点的灰度值的初始相位结合其序数采用以下公式...

【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