一种基于条纹修复的高动态三维测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于条纹修复的高动态三维测量方法，包括以下步骤：向高反光表面投影四幅灰度正弦条纹图，CCD采集变形饱和条纹，将拍摄的图像分为，可靠区域、浅饱和区域和深饱和区域，用四幅饱和条纹图计算出可靠区域，并计算出可靠区域的A参数，由于浅饱和区域和深饱和区域不能完美求解，对所有可靠区域膨胀和腐蚀，用修复的A以及没有饱和的条纹对饱和条纹进行修复，当条纹顶部饱和的部分被修复后，其余部分使用CSI插值方法来补全，当所有条纹被修复后使用四步相移法计算相位，使用互补格雷码方法求解级次并展开包裹相位。本发明专利技术提供的一种基于条纹修复的高动态三维测量方法，该方法可以提高系统的动态范围，每张图信息利用率增大。率增大。率增大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于条纹修复的高动态三维测量方法


[0001]本专利技术涉及结构光三维测量领域，尤其涉及一种基于条纹修复的高动态三维测量方法。

技术介绍

[0002]近年来，结构光投影三维测量技术由于其具有非接触、测量速度快、精度高等特点，广泛应用在工业测量、文物数字化保护等诸多领域，随着结构光三维测量得到越来越广泛的应用，被测对象的特性也更加复杂，需要测量的对象不再局限于白色或浅色物体，有时候也需要对物体表面反射率变化较大的物体进行测量。
[0003]由于相机动态范围有限，拍到的条纹图会发生饱和，条纹饱和后如果直接计算相位会和理想相位有偏差导致三维测量不准确。
[0004]因此，有必要提供一种基于条纹修复的高动态三维测量方法解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于条纹修复的高动态三维测量方法，解决了由于相机动态范围有限，拍到的条纹图会发生饱和，条纹饱和后如果直接计算相位会和理想相位有偏差导致三维测量不准确的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种基于条纹修复的高动态三维测量方法，包括以下步骤：
[0007]S1：向高反光表面投影四幅灰度正弦条纹图，CCD采集变形饱和条纹；
[0008]S2：将拍摄的图像分为，可靠区域、浅饱和区域和深饱和区域，用四幅饱和条纹图计算出可靠区域，并计算出可靠区域的A参数；
[0009]S3：由于浅饱和区域和深饱和区域不能完美求解，对所有可靠区域膨胀和腐蚀，获得CSI和BSI区域来大致对应浅饱和区域和深饱和区域并利用CSI和BSI插值方法对CSI和BSI区域的A进行插值补全；
[0010]S4：利用条纹之间的关系，用修复的A以及没有饱和的条纹对饱和条纹进行修复，当条纹顶部饱和的部分被修复后，其余部分使用CSI插值方法来补全；
[0011]S5：当所有条纹被修复后使用四步相移法计算相位；
[0012]S6：使用互补格雷码方法求解级次并展开包裹相位。
[0013]优选的，所述S1的具体步骤如下：
[0014]S101：向高反光表面投影四幅灰度正弦条纹图，CCD采集变形饱和条纹，投影的四幅条纹图有的恒等相位差，拍摄到的图像也有的相位差，即，其中，N＝4为相移步数，n＝1,2,...,N为相移序号，A(x,y)为平均强度，B(x,y)为强度调制。化简后拍摄到的图像I1，I2，I3，I4表
达式如下：
[0015][0016]优选的，所述S2的具体步骤如下：
[0017]S201、对图像中的每个点，根据四幅相移图的饱和情况将其分为可靠区域、浅饱和区域和深饱和区域，如果拍摄的四幅相移图在某个点的值都小于255，或者只有一幅图的值大于等于255，那么这个点为可靠区域，如果四幅图在某个点有两幅图、三幅图或四幅图的值大于等于255，那么这个点就属于浅饱和区域或者深饱和区域，假定A
′
为实际的A参数，那么当A
′
＜255时该点为浅饱和区域，当A
′
≥255时该点为深饱和区域；
[0018]S202、可靠区域的A参数可以直接求解，浅饱和区域和深饱和区域的A参数无法直接求解。
[0019]优选的，所述S3具体步骤如下：
[0020]S301、求解到可靠区域后，对可靠区域进行膨胀，膨胀距离应该超过条纹周期的一半，获得膨胀区域，然后对膨胀区域进行腐蚀，腐蚀距离应该大于膨胀距离，获得CSI区域；最后对CSI区域进行反转得到BSI区域，由于浅饱和区域和深饱和区域不能完美求解，获得CSI和BSI区域来大致对应浅饱和区域和深饱和区域；
[0021]S302、用CSI区域内的所有可靠点的A值为基础对CSI整个区域的A值进行插值补全，插值方法使用三次样条插值方法：cubic spline interpolation，简称为CSI插值方法。
[0022]S303、用BSI区域内所有可靠点的A值为基础对BSI整个区域的A值进行插值补全，插值方法使用双调和样条插值方法：biharmonic spline interpolation，简称为BSI插值方法。
[0023]优选的，所述S4具体步骤如下：
[0024]S401：四幅相移条纹当某个图像饱和时，饱和区域Ω的条纹修复值的修复公式如下：
[0025][0026]S402：四幅饱和相移图像使用上面修复公式修复后，如果还存在饱和的位置，这些位置以全局的非饱和条纹值和修复的条纹值为基础，用CSI插值方法进行插值补全。
[0027]优选的，所述S5具体步骤如下：
[0028]S501：通过修复的四幅条纹图可以解得包裹相位：
[0029][0030]通过上式获得的相位是包裹相位，要获得高度信息需要使用展开相位，绝对相位法可以将包裹相位展开。
[0031]优选的，所述S6具体步骤如下：
[0032]S601：投影7幅格雷码条纹图案到高反射率物体表面，用CCD获取7幅格雷码条纹图，前六幅图用来计算级次，最后一幅图用来对级次进行矫正，得到条纹的级次K；
[0033]S602：使用级次K对包裹相位进行展开，展开公式如下：
[0034][0035]最后求得的Φ(x,y)即是展开相位。
[0036]优选的，所述S2中进行图像拍摄时需要使用放置装置对物体进行放置，所述放置装置包括底座，所述底座的表面设置有驱动装置，所述驱动装置包括电机，所述电机输出轴的一端通过联轴器固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮的一侧啮合有第二齿轮，所述第二齿轮的底部连接有转动座，所述第二齿轮的上方连接有圆形底座，所述圆形底座的表面设置有多个固定组件。
[0037]优选的，所述固定组件包括滑槽，所述滑槽的内部滑动连接有滑块，所述滑块的表面连接有固定架，所述固定架的一端连接有弧形块，所述滑块的表面设置有固定栓。
[0038]优选的，所述圆形底座的表面设置有拆卸组件，所述拆卸组件包括两个连接座，两个所述连接座的内部均设置有拆卸件，两个所述拆卸件之间连接有矩形板。
[0039]与相关技术相比较，本专利技术提供的一种基于条纹修复的高动态三维测量方法具有如下有益效果：
[0040]本专利技术提供一种基于条纹修复的高动态三维测量方法，该方法可以有效对饱和条纹进行修复，提高系统的动态范围，使用条纹修复方法，每张图信息利用率增大，减少了高动态范围测量需投影图案的数量，有效提高了测量的速度。
附图说明
[0041]图1为本专利技术提供的一种基于条纹修复的高动态三维测量方法的第一实施例的结构示意图；
[0042]图2为测量系统示意图；
[0043]图3为可靠区域，CSI区域，BSI区域推导流程图；
[0044]图4为条纹修复和补全的示意图；
[0045]图5为条纹修复前后计算相位的对比图；
[0046]图6为本专利技术提供的一种基于条纹修复的高动态三维测量方法的第二实施例的结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于条纹修复的高动态三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：向高反光表面投影四幅灰度正弦条纹图，CCD采集变形饱和条纹；S2：将拍摄的图像分为，可靠区域、浅饱和区域和深饱和区域，用四幅饱和条纹图计算出可靠区域，并计算出可靠区域的A参数；S3：由于浅饱和区域和深饱和区域不能完美求解，对所有可靠区域膨胀和腐蚀，获得CSI和BSI区域来大致对应浅饱和区域和深饱和区域并利用CSI和BSI插值方法对CSI和BSI区域的A进行插值补全；S4：利用条纹之间的关系，用修复的A以及没有饱和的条纹对饱和条纹进行修复，当条纹顶部饱和的部分被修复后，其余部分使用CSI插值方法来补全；S5：当所有条纹被修复后使用四步相移法计算相位；S6：使用互补格雷码方法求解级次并展开包裹相位。2.根据权利要求1所述的基于条纹修复的高动态三维测量方法，其特征在于，所述S1的具体步骤如下：S101：向高反光表面投影四幅灰度正弦条纹图，CCD采集变形饱和条纹，投影的四幅条纹图有的恒等相位差，拍摄到的图像也有的相位差，即，其中，N＝4为相移步数，n＝1,2,...,N为相移序号，A(x,y)为平均强度，B(x,y)为强度调制。化简后拍摄到的图像I1，I2，I3，I4表达式如下：3.根据权利要求1所述的基于条纹修复的高动态三维测量方法，其特征在于，所述S2的具体步骤如下：S201、对图像中的每个点，根据四幅相移图的饱和情况将其分为可靠区域、浅饱和区域和深饱和区域，如果拍摄的四幅相移图在某个点的值都小于255，或者只有一幅图的值大于等于255，那么这个点为可靠区域，如果四幅图在某个点有两幅图、三幅图或四幅图的值大于等于255，那么这个点就属于浅饱和区域或者深饱和区域，假定A
′
为实际的A参数，那么当A
′
＜255时该点为浅饱和区域，当A
′
≥255时该点为深饱和区域；S202、可靠区域的A参数可以直接求解，浅饱和区域和深饱和区域的A参数无法直接求解。4.根据权利要求1所述的基于条纹修复的高动态三维测量方法，其特征在于，所述S3具体步骤如下：S301、求解到可靠区域后，对可靠区域进行膨胀，膨胀距离应该超过条纹周期的一半，获得膨胀区域，然后对膨胀区域进行腐蚀，腐蚀距离应该大于膨胀距离，获得CSI区域；最后
对CSI区域进行反转得到BSI区域，由于浅饱和区域和深饱和区域不能完美求解，获得CSI和BSI区域来大致对应浅饱和区域和深饱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪儒，韦豪，刘江涛，邓国亮，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：