高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统，采用第一被测物体表面图像序列确定最佳投影灰度值，可以解决高反光表面三维测量过程中容易产生的局部过曝光难题，而且根据第二被测物体表面图像以及解相位算法，可在降低整体投影强度下对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并根据最佳投影灰度值生成的自适应光栅条纹图像，投影条纹图像数量更少，操作更为简便，运算量小，投影至被测物体表面可以使三维重建时不会出现过曝光区域点云缺失现象，相较于传统方法所生成的自适应条纹，具有更好的调制度和对比度，进而保证了三维重建得到的被测物体表面面形的测量精度和测量速度。

Measuring method, server and system of three dimensional surface shape of high reflective surface

【技术实现步骤摘要】
高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统
本专利技术涉及三维面形测量
，更具体地，涉及高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统。
技术介绍
相移条纹投影技术由于具有全场获取、非接触式、低成本、高精度和快速数据处理等优势，现已广泛地应用于学术研究和工业领域。基于数字投影仪(DigitialLightProcessing，DLP)与数字相机的数字投影光栅技术也被越来越多地用于高精度的光学三维测量中。然而，实际的测量过程中，由于被测物体材质不同，其表面会具有不同反射特性，光栅条纹的调制效果会受到不同程度的影响。其中，物体表面高反射率造成的图像过饱和是对相位获取和最终三维重建结果产生影响的因素之一。目前，高反光物体的三维面形测量方法主要分为多相机或多视角拍摄法、改进的基于编码方案重建法、高动态范围成像法、多重曝光法和添加辅助硬件法等。但上述这些方法都存在有测量精度与测量速度上的不足与缺陷。因此，现急需提供一种高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统。第一方面，本专利技术实施例提供了一种高反光表面三维面形测量方法，包括：基于第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值；所述第一被测物体表面图像序列由向被测物体表面投影均匀灰度图像序列后得到；基于第二被测物体表面图像以及解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像；所述第二被测物体表面图像由向所述被测物体表面投影正交正弦光栅图像后得到；基于所述自适应光栅条纹图像，进行相位计算和所述被测物体表面的三维重建。所述基于所述第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值，具体包括：分别基于图像阈值分割方法和反二进制阈值化方法，对所述第一被测物体表面图像序列进行处理，得到有效均匀灰度图像序列和有效掩模图像序列；将所述有效均匀灰度图像序列和所述有效掩模图像序列进行合成，生成投影图像，并确定所述投影图像中的最大灰度值；基于插值预测快速查找算法以及所述最大灰度值，确定所述最佳投影灰度值。优选地，所述将所述有效均匀灰度图像序列和所述有效掩模图像序列进行合成，生成投影图像，具体包括：将所述有效均匀灰度图像序列中的每个均匀灰度图像与所述有效掩模图像序列中对应位置的掩模图像分别进行相乘；将所有相乘结果进行相加，生成所述投影图像。优选地，所述基于第二被测物体表面图像以及解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，具体包括：基于所述解相位算法，确定所述第二被测物体表面图像中的横向相位和纵向相位；基于所述横向相位和所述纵向相位，确定所述正交正弦光栅图像中的像素坐标与所述第二被测物体表面图像中的像素坐标之间的对应关系。优选地，所述基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像，具体包括：基于所述最佳投影灰度值，采用如下公式生成自适应光栅条纹图像：其中，Ii(u,v)为所述自适应光栅条纹图像中的第i个条纹图像，1≤i≤N，N为所述自适应光栅条纹图像中包含的条纹图案数量，u为所述横向相位，v为所述纵向相位，xideal为所述最佳投影灰度值，为所述横向相位和所述纵向相位构成的相位主值，为所述第i个条纹图像的相移步长。优选地，所述解相位算法具体包括：外差式多频相移法。第二方面，本专利技术实施例提供了一种高反光表面三维面形测量服务器，包括：最佳投影灰度值确定模块、自适应光栅条纹图像生成模块和三维重建模块。其中，最佳投影灰度值确定模块用于获取被测物体表面的第一被测物体表面图像序列，并基于所述第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值；所述第一被测物体表面图像序列由向被测物体表面投影均匀灰度图像序列后得到；自适应光栅条纹图像生成模块用于获取所述被测物体表面的第二被测物体表面图像，基于解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像；所述第二被测物体表面图像由向所述被测物体表面投影正交正弦光栅图像后得到；三维重建模块用于基于所述自适应光栅条纹图像，进行相位计算和所述被测物体表面的三维重建。第三方面，本专利技术实施例提供了一种高反光表面三维面形测量系统，包括：图像投影设备、图像采集设备以及如第二方面所述的高反光表面三维面形测量服务器；所述图像投影设备和所述图像采集设备均与所述高反光表面三维面形测量服务器通信连接；所述图像投影设备用于向被测物体表面投影均匀灰度图像序列以及正交正弦光栅图像；所述图像采集设备用于采集所述被测物体表面的第一被测物体表面图像序列和第二被测物体表面图像；其中，所述第一被测物体表面图像在所述图像投影设备向所述被测物体表面投影所述均匀灰度图像序列后得到，所述第二被测物体表面图像在所述图像投影设备向所述被测物体表面投影所述正交正弦光栅图像后得到。第四方面，本专利技术实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行第一方面提供的高反光表面三维面形测量方法。第五方面，本专利技术实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面提供的高反光表面三维面形测量方法。本专利技术实施例提供的一种高反光表面三维面形测量方法、服务器及系统，首先基于第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值；然后基于第二被测物体表面图像以及解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像；最后基于所述自适应光栅条纹图像，进行相位计算和所述被测物体表面的三维重建。本专利技术实施例中，采用第一被测物体表面图像序列确定最佳投影灰度值，可以解决高反光表面三维测量过程中容易产生的局部过曝光难题，而且根据第二被测物体表面图像以及解相位算法，可在降低整体投影强度下对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并根据最佳投影灰度值生成的自适应光栅条纹图像，投影条纹图像数量更少，操作更为简便，运算量小，投影至被测物体表面可以使三维重建时不会出现过曝光区域点云缺失现象，相较于传统方法所生成的自适应条纹，具有更好的调制度和对比度，进而保证了三维重建得到的被测物体表面面形的测量精度和测量速度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高反光表面三维面形测量方法，其特征在于，包括：/n基于第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值；所述第一被测物体表面图像序列由向被测物体表面投影均匀灰度图像序列后得到；/n基于第二被测物体表面图像以及解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像；所述第二被测物体表面图像由向所述被测物体表面投影正交正弦光栅图像后得到；/n基于所述自适应光栅条纹图像，进行相位计算和所述被测物体表面的三维重建。/n

【技术特征摘要】
1.一种高反光表面三维面形测量方法，其特征在于，包括：
基于第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值；所述第一被测物体表面图像序列由向被测物体表面投影均匀灰度图像序列后得到；
基于第二被测物体表面图像以及解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，并基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像；所述第二被测物体表面图像由向所述被测物体表面投影正交正弦光栅图像后得到；
基于所述自适应光栅条纹图像，进行相位计算和所述被测物体表面的三维重建。


2.根据权利要求1所述的高反光表面三维面形测量方法，其特征在于，所述基于所述第一被测物体表面图像序列，确定最佳投影灰度值，具体包括：
分别基于图像阈值分割方法和反二进制阈值化方法，对所述第一被测物体表面图像序列进行处理，得到有效均匀灰度图像序列和有效掩模图像序列；
将所述有效均匀灰度图像序列和所述有效掩模图像序列进行合成，生成投影图像，并确定所述投影图像中的最大灰度值；
基于插值预测快速查找算法以及所述最大灰度值，确定所述最佳投影灰度值。


3.根据权利要求2所述的高反光表面三维面形测量方法，其特征在于，将所述有效均匀灰度图像序列和所述有效掩模图像序列进行合成，生成投影图像，具体包括：
将所述有效均匀灰度图像序列中的每个均匀灰度图像与所述有效掩模图像序列中对应位置的掩模图像分别进行相乘；
将所有相乘结果进行相加，生成所述投影图像。


4.根据权利要求1所述的高反光表面三维面形测量方法，其特征在于，所述基于第二被测物体表面图像以及解相位算法，对图像投影设备和图像采集设备进行坐标匹配，具体包括：
基于所述解相位算法，确定所述第二被测物体表面图像中的横向相位和纵向相位；
基于所述横向相位和所述纵向相位，确定所述正交正弦光栅图像中的像素坐标与所述第二被测物体表面图像中的像素坐标之间的对应关系。


5.根据权利要求4所述的高反光表面三维面形测量方法，其特征在于，所述基于所述最佳投影灰度值，生成自适应光栅条纹图像，具体包括：
基于所述最佳投影灰度值，采用如下公式生成自适应光栅条纹图像：



其中，Ii(u,v)为所述自适应光栅条纹图像中的第i个条纹图像，1≤i≤N...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯维，汤少靖，赵晓冬，赵大兴，孙国栋，吴贵铭，刘红帝，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42