数字投影仪灰度非线性的校正方法、存储介质和投影系统技术方案

本发明专利技术提供了一种数字投影仪灰度非线性的校正方法、存储介质和投影系统，方法包括使用计算机生成理想灰度图像序列、用相机采集灰度图像、N组实际灰度图像求实际灰度均值I

【技术实现步骤摘要】
数字投影仪灰度非线性的校正方法、存储介质和投影系统
本专利技术涉及图像数据处理和光学三维测量
，具体涉及一种数字投影仪灰度非线性的校正方法、存储介质和投影系统，可应用于IC元件封装、半导体硅片加工制造过程中的三维量检测等领域。
技术介绍
条纹投影三维测量技术是光学三维测量领域中的研究热点之一，其具有非接触、快速、准确性高等优点。测量时一般使用数字投影仪将光强呈正弦变化的条纹投影到被测物体表面，再由采集到经被测物体高度调制的形变条纹图像求解出视场中的相位信息，从而求解出被测物体的三维高度信息。因此，高精度的相位信息是获得高精度三维信息的保证。然而，在实际测量中，受到数字投影仪的gamma畸变、相机的非线性相应和环境光强等因素的影响，采集到的正弦条纹图像灰度存在着非线性的畸变，需要对其进行校正，才能获取真实的相位信息。现有的校正方法仅在特定条件(如投影条纹周期等)下对采集到的条纹图像进行非线性误差补偿。这限制了投影效果，导致条纹图像灰度采集准确性以及相位信息求解准确度都较低等问题。
技术实现思路
为在不同测量条件下投影出线性响应的正弦图像，本专利技术提出了一种数字投影仪灰度非线性的校正方法、存储介质和投影系统，修正投影仪投出的条纹图像，以解决上述问题。一种数字投影仪灰度非线性的校正方法，校正方法包括以下步骤：步骤S1、使用计算机生成理想灰度图像序列，所述理想灰度图像序列包括256张为理论灰度Ic的灰度图像；步骤S2、使用投影仪投影步骤S1中生成的256张灰度图像，用相机采集灰度图像，每组采集256张图像，共采集N组，N为≥2的正整数；步骤S3、对采集到的N组实际灰度图像中对应相同理想投影灰度的图像求均值作为实际灰度均值Ik，式中，i和j表示像素所处图像中的行、列数，h和w分别表示图像的水平、竖直方向的像素数；步骤S4、绘制包括线性部分和非线性部分的灰度均值曲线，并对灰度均值曲线进行拟合；步骤S5、建立查找函数LUT，得到理想投影灰度和校正后理想灰度的映射关系；步骤S6、在不同电流C下投影不同灰度图像，获得实际灰度均值Ik与电流C的电流-灰度曲线，从而生成在对应电流和投影灰度下，实际灰度的取值表；步骤S7、再次重复步骤S4和S5，并据步骤S6得到的电流-灰度曲线，建立以电流、校正前理想灰度为变量的二维校正后理想灰度校正查找表；步骤S8、用校正后的理想灰度值生成正弦曲线并投影，即可采集灰度线性响应的正弦条纹。本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行前述方法的步骤。本专利技术还提供了一种图像灰度非线性校正的数字投影系统，所述数字投影系统包括计算机、投影仪、相机和漫反射陶瓷平板，其中，所述投影仪和相机与所述计算机电讯连接，所述投影仪的光轴与相机的光轴呈夹角δ设置；投影图像时，使用计算机向投影仪发送序列指令，投影仪发送同步信号触发相机同步采集漫反射陶瓷平板上的投影图像；所述计算机包括预存储模块、中继存储模块、图像处理模块和图像输出模块；其中，在所述预存储模块中存储带有特征信息的正弦条纹图像、序列指令、同步信号和系统参数，并将正弦条纹图像和序列指令发送给投影仪投影，将同步信号发送给相机进行图像采集，将系统参数发送给图像处理模块；其中，在所述中继存储模块中存储由相机按序列指令采集漫反射陶瓷平板上经投影后的图像；其中，图像处理模块对中继存储模块采集的条纹图像进行图像数据处理，运行前述的方法对正弦条纹图像的灰度进行非线性校正，已获得相机投影出图像灰度呈线性响应的正选条纹图像。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本方法可直接对投影仪的投影图像进行非线性校正，并且在投影仪亮度改变时同样适用，提高了采集条纹图像灰度的准确性，从而大大提高相位信息的求解准确性，可广泛应用于IC元件封装、半导体硅片加工制造过程中的三维量检测等领域。附图说明图1为本专利技术数字投影仪灰度非线性的校正方法的流程图；图2为图像灰度非线性校正的数字投影系统示意图；图3为正弦条纹投影灰度图像拟合示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。第一实施例一种数字投影仪灰度非线性的校正方法，参见图1，校正方法包括以下步骤。步骤S1、使用计算机生成理想灰度图像序列，所述理想灰度图像序列包括256张为理论灰度Ic的灰度图像；其中，所述理想灰度图像序列为8bit、0～255范围内、灰度变化间隔为1。步骤S2、使用投影仪投影步骤S1中生成的256张灰度图像，用相机采集灰度图像，每组采集256张图像，共采集N组，N为≥2的正整数；步骤S3、对采集到的N组实际灰度图像中对应相同理想投影灰度的图像求均值作为实际灰度均值Ik，式中，i和j表示像素所处图像中的行、列数，h和w分别表示图像的水平、竖直方向的像素数。步骤S4、绘制包括线性部分和非线性部分的灰度均值曲线，参见图3，并对灰度均值曲线进行拟合。具体的，灰度线性变化部分的理想灰度变化区间为[a，b]，和非线性部分的理想灰度变化区间为[c，d]。其中，灰度均值曲线的线性部分采用一次函数进行拟合，得到线性部分实际灰度I′K与理想投影灰度I的表达式：I′K＝α1I+α2………………………………式2；式中，α1和α2为线性函数拟合获得的拟合系数。其中，灰度均值曲线的非线性部分采用三次多项式进行拟合，得到非线性部分实际灰度I″K与理想投影灰度I的表达式：I″K＝β1I3+β2I2+β3I+β4…………………………式3；式中，β1、β2、β3、β4为三次多项式拟合获得的拟合系数。步骤S5、建立查找函数LUT，得到理想投影灰度和校正后理想灰度的映射关系；具体的，步骤S5包括以下步骤。S51、先在域[0，255]建立拟合前后关系式：式中，I表示校正前的灰度，Icorr表示校正后的灰度。S52、再代入步骤4获得的拟合系数α1，α2，β1，β2，β3，β4，获得查找本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字投影仪灰度非线性的校正方法，其特征在于，校正方法包括以下步骤：/n步骤S1、使用计算机生成理想灰度图像序列，所述理想灰度图像序列包括256张理论灰度Ic的灰度图像；/n步骤S2、使用投影仪投影步骤S1中生成的256张灰度图像，用相机采集灰度图像，每组采集256张图像，共采集N组，N为≥2的正整数；/n步骤S3、对采集到的N组实际灰度图像中对应相同理想投影灰度的图像求均值作为实际灰度均值I

【技术特征摘要】
1.一种数字投影仪灰度非线性的校正方法，其特征在于，校正方法包括以下步骤：
步骤S1、使用计算机生成理想灰度图像序列，所述理想灰度图像序列包括256张理论灰度Ic的灰度图像；
步骤S2、使用投影仪投影步骤S1中生成的256张灰度图像，用相机采集灰度图像，每组采集256张图像，共采集N组，N为≥2的正整数；
步骤S3、对采集到的N组实际灰度图像中对应相同理想投影灰度的图像求均值作为实际灰度均值Ik，



式中，i和j表示像素所处图像中的行、列数，h和w分别表示图像的水平、竖直方向的像素数；
步骤S4、绘制包括线性部分和非线性部分的灰度均值曲线，并对灰度均值曲线进行拟合；
步骤S5、建立查找函数LUT，得到理想投影灰度和校正后理想灰度的映射关系；
步骤S6、在不同电流C下投影不同灰度图像，获得实际灰度均值Ik与电流C的电流-灰度曲线，从而生成在对应电流和投影灰度下，实际灰度的取值表；
步骤S7、再次重复步骤S4和S5，并据步骤S6得到的电流-灰度曲线，建立以电流、校正前理想灰度为变量的二维校正后理想灰度校正查找表；
步骤S8、用校正后的理想灰度值生成正弦曲线并投影，即可采集灰度线性响应的正弦条纹。


2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于：在步骤S1中，所述理想灰度图像序列为8bit、0～255范围内、灰度变化间隔为1。


3.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于：在步骤S4中，灰度均值曲线的线性部分采用一次函数进行拟合，得到线性部分实际灰度I'K与理想投影灰度I的表达式：
I'K＝α1I+α2………………………………式2；
式中，α1和α2为线性函数拟合获得的拟合系数；
灰度均值曲线的非线性部分采用三次多项式进行拟合，得到非线性部分实际灰度I"K与理想投影灰度I的表达式：
I"K＝β1I3+β2I2+β3I+β4…………………………式3；
式中，β1、β2、β3、β4为三阶多项式拟合获得的拟合系数。


4.根据权利要求3所述的校正方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：
S51、先在域[0,255]建立拟合前后关系式：



式中，I表示校正前的灰度，Icorr表示校正后的灰度；
S52、再代入步骤4获得的拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小卓，谷孝东，刘宇琛，骆聪，曹葵康，蔡雄飞，
申请(专利权)人：苏州天准科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32