获取精确高密度点云的方法技术

本发明专利技术公开了一种获取精确高密度点云的方法，包括，对目标工件投射编码结构光图案，即对目标工件投射生成高频编码条纹和高频采样条纹；采集投射光图案后的目标工件的图像；对所述图像进行预处理；对预处理后的图像进行正反码二值化判断；对经过正反码二值化判断后的图像进行解码；对解码后的图像进行采样，得到采样点；将所述采样点进行立体匹配；对匹配的采样点进行三维坐标计算。对目标工件投射编码结构光图案，投射产生高频采样条纹，提高了采样密度，消除了图像二值化误差，提高了解码和采样精度，在反射光影响下获取了高密度的精确点云。从而达到避免由于全局光照中反射光造成被测物体重构点云缺失、采样精度低等问题。

【技术实现步骤摘要】
获取精确高密度点云的方法
本专利技术涉及三维重建领域，具体地，涉及一种获取精确高密度点云的方法。
技术介绍
基于结构光编码的三维重建对计算机视觉和机器人学都具有重要的研究和应用价值，且具有精度高、速度快、适用范围广等诸多优点。目前已经广泛用于人脸识别、自动化测量、航空航天、逆向工程等多个领域。物体的三维测量方法主要包括接触式和非接触式两大类。接触式测量仪大多使用机械探针等触发式测试头直接接触被测物体表面，测量精度高，但是其不适用于测量柔性物体，且测量速度慢、测量数据密度低等缺陷也影响了该技术的应用。非接触式测量系统主要采用光、声、电磁等方式测量，如超声波测距、核磁共振成像等。随着光电检测技术、计算机技术的日渐成熟，基于光学的非接触式测量技术成为三维测量的主要方法。非接触式测量包括主动式和被动式两种。被动式测量方法不提供光源，根据多个相机获取的图像特征点匹配信息得到被测物体的三维数据，如立体视觉法。而结构光法又被称为主动三角法，通过光源向被测物体投射预先设计好的结构光图像，投射到物体表面上的编码图案被调制后，所形成的变形条纹包含了被测物体表面高度信息，这些信息被左、右两台摄像机捕获记录，并由计算机通过图像处理方法得到物体的三维信息。与双目立体视觉不同的是，双目结构光方法可对无纹理物体表面赋予人工编码的特征点，通过立体匹配技术寻找到左右对应的特征点位置，即可计算深度值。对被测物体表面的所有编码点都计算得到其深度值后，可获取物体的三维点云，点云经过适当处理即可得到三维模型。结构光编码方法按照投影和解码原理方面不同可以分为空间编码和时间编码两种；按结构光图案的灰度值分布不同可以分为空间二级灰度值编码和多级灰度值编码；按结构光投影图案和成像相机颜色通道不同可以分为彩色编码和单色编码。空间编码仅需要单帧或者少量帧数即可对场景进行编码，适用于动态场景编码，但这种编码图案易受到物体表面特性影响而产生噪声干扰。而时间编码方案利用序列编码图案进行编解码，物体表面特性影响导致的误差大为减少，但这种方法要求物体场景静止，不适用与动态场景。但随着快速DLP投影技术和高速工业相机的成熟，目前已经可以在短时间内完成大量编码图案的投射和采集。目前，结构光测量技术大多是应用在干扰比较少的场景中，此时可近似认为被测物体只受到投影单光源的直接照射。但是在实际应用的工业环境中，被检测物体除了受到直接投射光源外，还可能受到周围物体表面互反射光的照射，且环境中也可能存在多个光源的干扰等，这些都会使相机采集到的结构光编码信息发生错误，从而造成解码错误。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种取精确高密度点云的方法，以实现至少部分的解决现有技术中存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种获取精确高密度点云的方法，包括，对目标工件投射编码结构光图案，即对目标工件投射生成高频编码条纹和高频采样条纹；采集投射光图案后的目标工件的图像；对所述图像进行预处理；对预处理后的图像进行正反码二值化判断；对经过正反码二值化判断后的图像进行解码；对解码后的图像进行采样，得到采样点；将所述采样点进行立体匹配；对匹配的采样点进行三维坐标计算。优选的，所述对目标工件投射生成高频编码条纹，包括：对目标工件投射格雷码条纹图案；在所述格雷码条纹图案中选取高频条纹作为基准条纹；将所述格雷码条纹图案中频率小于基准条纹频率的条纹与基准条纹进行异或变换。优选的，所述在所述格雷码条纹图案中选取高频条纹作为基准条纹，包括：将格雷码中每一位图案二值化；判断二值化结果受反射光影响的大小；选取受反射光影响小的高频条纹为基准条纹。优选的，所述在所述格雷码条纹图案中选取高频条纹作为基准条纹，具体为：选择m种频率的高频条纹为基准条纹，所述m≥2。优选的，所述m＝2。优选的，对目标工件投射生成高频采样条纹，包括：在格雷码条纹图案中选择频率最高的一位图案作为高频采样条纹；以所述高频采样条纹初始位置为基准，向两侧分别对称平移n次，得到2n幅采样图案；将每次对称平移的两幅采样图案作为一组。优选的，所述以所述高频采样条纹初始位置为基准，向两侧分别对称平移n次中：每次平移距离为D＝i×d，其中，i＝1,2…,n，D小于采样条纹中最小条纹宽度，c为格雷码编码位数，L为编码图像宽度。优选的，所述对所述图像进行预处理，包括：对图像进行中值滤波和灰度归一化处理。优选的，所述对经过正反码二值化判断后的图像进行解码，包括：对解码后的码值进行矫正，即将解码得到的不同码值进行减法运算，并将减法运算的结果取绝对值后与设定阈值相比较。优选的，对预处理后的图像进行正反码二值化判断，具体为：根据公式确定像素是否处于编码条纹中被照亮的区域，所述公式为：其中,I为编码图像，I`为I取反后的编码图像。本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术的技术方案，对目标工件投射编码结构光图案，投射产生高频采样条纹，提高了采样密度，消除了图像二值化误差，提高了解码和采样精度，在反射光影响下获取了高密度的精确点云。从而达到避免由于全局光照中反射光造成被测物体重构点云缺失、采样精度低等问题。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例所述的获取精确高密度点云的方法的流程图；图2为本专利技术实施例所述的获取精确高密度点云的方法一个具体实施例的流程图；图3为本专利技术实施例所述的利用格雷码中的高频条纹作为基准条纹对低频条纹作异或变换示意图；图4a为本专利技术实施例所述的投射格雷码条纹后的条纹图像；图4b为本专利技术实施例所述的投射XOR6后的条纹图像；图4c为本专利技术实施例所述的投射XOR7后的条纹图像；图5为本专利技术实施例所述的高频采样条纹的移动距离、移动方向示意图；图6为本专利技术实施例所述的格雷码边缘与一次高频采样边缘组合示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术主要公开一种机器视觉测量方法，具体是指利用高频基准条纹对传统格雷码进行改进，得到新的编码结构光条纹，并利用高频采样条纹对编码区间进行多次高密度采样，在反射光条件下获取高密度点云的结构光三维测量方法。如图1所示，一种获取精确高密度点云的方法，包括，S101：对目标工件投射编码结构光图案，即对目标工件投射生成高频编码条纹和高频采样条纹；高频采样条纹生成：将最后一位格雷码向左、向右对称平移n次，每次平移距离为D。计算公式如下：其中,i＝1,2...n,c为格雷码位数，L为编码图像宽度。S102：采集投射光图案后的目标工件的图像；利用对称方向的两个图像采集装置采集图像信息，对称方向可以是左右方向或前后方向等。在一个具体的实施方式中，采用左右两个摄像机采集投射光图案后的目标工件的图像，主要为获取被调制后条纹的左右视图。S103：对所述图像进行预处理；优选的，采用中值滤波消除系统误差；利用灰度归一化，消除由于两个摄像机光圈大小不同和光照不一造成的影响；采用中值滤波，可以去除设备及信号传输过程中的系统噪声，二维中值滤波公式如下：g(x,y)＝med{f(x-k,y-l)；k,l∈W}，其中,f(x,y),g(x,y)分别代表原始图像和滤波后图像，W为二维模板，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取精确高密度点云的方法，其特征在于，包括，对目标工件投射编码结构光图案，即对目标工件投射生成高频编码条纹和高频采样条纹；采集投射光图案后的目标工件的图像；对所述图像进行预处理；对预处理后的图像进行正反码二值化判断；对经过正反码二值化判断后的图像进行解码；对解码后的图像进行采样，得到采样点；将所述采样点进行立体匹配；对匹配的采样点进行三维坐标计算。

【技术特征摘要】
1.一种获取精确高密度点云的方法，其特征在于，包括，对目标工件投射编码结构光图案，即对目标工件投射生成高频编码条纹和高频采样条纹；采集投射光图案后的目标工件的图像；对所述图像进行预处理；对预处理后的图像进行正反码二值化判断；对经过正反码二值化判断后的图像进行解码；对解码后的图像进行采样，得到采样点；将所述采样点进行立体匹配；对匹配的采样点进行三维坐标计算。2.根据权利要求1所述的获取精确高密度点云的方法，其特征在于，所述对目标工件投射生成高频编码条纹，包括：对目标工件投射格雷码条纹图案；在所述格雷码条纹图案中选取高频条纹作为基准条纹；将所述格雷码条纹图案中频率小于基准条纹频率的条纹与基准条纹进行异或变换。3.根据权利要求2所述的获取精确高密度点云的方法，其特征在于，所述在所述格雷码条纹图案中选取高频条纹作为基准条纹，包括：将格雷码中每一位图案二值化；判断二值化结果受反射光影响的大小；选取受反射光影响小的高频条纹为基准条纹。4.根据权利要求2所述的获取精确高密度点云的方法，其特征在于，所述在所述格雷码条纹图案中选取高频条纹作为基准条纹，具体为：选择m种频率的高频条纹为基准条纹，所述m≥2。5.根据权利要求4所述的获取精确高密度点云的方法，其特征在于，所述m＝2。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌龙，白瑞林，李新，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32