一种彩色复合光栅的三维面形测量方法技术

本发明专利技术涉及一种彩色复合光栅的三维面形测量方法。包括以下步骤：Ａ．设置三角测量系统；Ｂ．投射彩色复合编码图像：通过彩色光栅投射器向待测物体投射彩色复合编码图像，所述彩色复合编码图像的编码方法为：在Ｒ、Ｇ、Ｂ三色通道的其中一个通道中写入均匀排列的数字点阵图像，在另两个通道中分别写入光强呈正弦变化的正弦条纹图像和背景光图像，再将数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像合成为一幅彩色复合编码图像；Ｃ．拍摄并分离经被测物体反射后的彩色复合编码图像；Ｄ．相位展开预处理；Ｅ．由截断相位展开得到物体三维面形数据。本发明专利技术的有益效果：提高了测量效率，能够对动态物体实现高速实时测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维数字成像技术，具体涉及。
技术介绍
光学三维测量具有非接触、测量效率高、精度高等优点，广泛应用于机器视觉、工 业检测、生物医学、文物保护、反求工程等领域。光学三维测量技术分为主动三维传感和被 动三维传感。主动三维传感中的傅里叶变换轮廓术由于其全场性、非接触性、具有较高的测 量精度和测量效率而得到了广泛关注。它通过向被测物体投射一幅光强呈正弦变化的条纹 图，形成面结构光照明，一次测量即可得到完整的物体三维面形。但由于反三角函数的使 用，使得计算出的相位值在-n和n之间发生了截断，对表面具有较大起伏的物体很难进 行相位展开。对此，人们做了大量的研究并提出了包括基于调制度的相位展开算法、最小二 乘法、时间相位展开算法、洪水算法等，在一定程度上解决了相位展开的难题。因此，如何对 不连续三维物体进行正确的相位展开以及防止误差传播仍然是傅里叶变换轮廓术的难点 与研究热点。 如中国专利技术专利CN200410094143. X公开了一种利用复合编码实现多分辨三维数 字成像的方法，即，基于点阵投影和条纹投影相结合的三维数字化技术。该方法采用数字投 影照明发射器、图像传感接收器和图像处理器构成的成像装置。以发射器出瞳、图像传感接 收器入瞳与光场中心形成三角测量系统；首先，利用点阵投影三维数字成像没有相位模糊 的特点，以点阵编码获取物体的较低分辨率的三维深度像，再投射条纹到物体表面，利用空 间相位调制精度高的特点，结合已经获得的物体低分辨深度像进行相位展开，进一步获取 被测物体更精细的多分辨三维数字像。本专利技术结合了点阵投影和条纹投影两种不同编码方 式的三维数字成像方法的优点，三维数字成像精度高，对拓扑复杂的曲面有较强的普适性。 但是，该方法需要多次投影不同疏密程度的二维数字点阵图像，二维数字点阵图像和正弦 条纹图像也需要分别进行投射，并且在后续处理过程中，需要计算处理前述多次投影得到 的多幅图像数据，因而大大降低了测量效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高三维面形测量方法的测量效率，提供了一种彩色复合光 栅的三维面形测量方法。 本专利技术通过以下技术方案实现，其特征 在于，包括以下步骤 A.设置三角测量系统采用彩色数码相机、彩色光栅投射器和图像处理器组成的 成像装置，使彩色光栅投射器的出瞳、彩色数码相机的入瞳和光场中心处于同一平面内构 成一个三角测量系统； B.投射彩色复合编码图像通过彩色光栅投射器向待测物体投射彩色复合编码3图像，所述彩色复合编码图像的编码方法为在R、 G、 B三色通道的其中一个通道中写入均匀排列的数字点阵图像，在另两个通道中分别写入光强呈正弦变化的正弦条纹图像和背景光图像，再将数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像合成为一幅彩色复合编码图像； C.拍摄并分离经被测物体反射后的彩色复合编码图像由彩色数码相机拍摄经 被测物体反射后的彩色复合编码图像，并将拍摄得到的反射后的彩色复合编码图像利用色 彩分离技术进行R、 G、 B三通道分离，获得每个通道上的灰度图像； D.相位展开预处理由数字点阵图像所在通道获得的反射后的数字点阵图像计 算得到采样点处的绝对相位值，由正弦条纹图像所在通道获得的反射后的正弦条纹图像计 算得到截断相位，由背景光图像所在通道获得的反射后的背景光图像得到待测物体边缘轮 廓； E.由截断相位展开得到物体三维面形数据结合数字点阵图像得到的采样点处 的绝对相位值与背景光图像得到的待测物体边缘轮廓信息控制由正弦条纹图像计算得到 的截断相位展开，根据系统几何参数进行仿射变换，得到被测物体表面三维面形数据。 可选择的，在上述步骤C之后，还包括步骤 F.对正弦条纹图像进行色彩校正，以消除彩色数码相机和彩色光栅投射器引入的 光场非正弦性误差。可选择的，在上述步骤C之后，还包括步骤 G.对R、G、B通道内的数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像进行滤波或直方 图均衡处理，用以去除环境和器件本身的噪声，提高图像对比度，获得更佳的图像质量。 本专利技术的有益效果由于本专利技术将数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像复 合成一幅彩色复合编码图像，然后将该彩色复合编码图像单次投影到待测物体上，彩色数 码相机拍摄一帧经物体表面反射后的彩色复合编码图像即可分离获得数字点阵图像、正弦 条纹图像和背景光图像，分别计算可得到物体表面采样点处绝对相位值、正弦条纹图像的 截断相位和待测物体的轮廓信息。根据采样点处的绝对相位值和物体轮廓信息可以控制截 断相位进行相位展开得到物体三维面形数据。利用该方法进行物体三维面形测量仅需投射 和采集一帧图像，提高了测量效率，能够对动态物体实现高速实时测量。附图说明 图1是本专利技术的主流程图。 图2是本专利技术的测量装置的结构示意图。 图3是本专利技术投射的彩色复合编码图像的生成示意图。 图4是采用本专利技术对一个实体模型实际测量时投射的彩色复合编码图像。 图5是本专利技术图4中分离得到的R通道的变形后的数字点阵图像。 图6是本专利技术图4中分离得到的G通道的变形后的正弦条纹图像。 图7是本专利技术图4中分离得到的B通道的背景光图像。 图8是本专利技术根据图6中变形后的正弦条纹图像得到的截断相位分布图。 图9是本专利技术根据图7中的背景光图像得到的石膏体模型边缘轮廓。 图10是本专利技术根据图5中的变形后的数字点阵图像测得的石膏体模型三维面形数据分布图。 图11是本专利技术测量方法得到的实际测量结果的三维面形图。 具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。 如图l所示，，其特征在于，包括以下步 骤 A.设置三角测量系统采用彩色数码相机、彩色光栅投射器和图像处理器组成的 成像装置，使彩色光栅投射器的出瞳、彩色数码相机的入瞳和光场中心处于同一平面内构 成一个三角测量系统。 如图2所示，为本实施例的测量装置的结构示意图，其结构采用一台彩色数码相 机、一个彩色光栅投射器和图像处理器组成成像装置。彩色光栅投射器的出瞳E、彩色数码 相机的入瞳B和光场中心0组成一个三角形且位于同一平面内，投影光轴E0与成像光轴 B0夹角为e ， L。是出瞳E到参考平面光场中心的直线距离，d为出瞳E和入瞳B的直线距 离。在本例中彩色光栅投射器采用的是EMPSON EMP-S1数字微反射镜器件(DMD)的数字投 影仪，分辨率800X600。彩色数码相机采用的是Sony H2，选用分辨率为640 X 480。图像处 理器采用的是处理器为AMD5200+，主频2. 71GHz，内存2G的电脑。 B.投射彩色复合编码图像通过彩色光栅投射器向待测物体投射彩色复合编码 图像，所述彩色复合编码图像的编码方法为在R、 G、B三色通道的其中一个通道中写入均 匀排列的数字点阵图像，在另两个通道中分别写入光强呈正弦变化的正弦条纹图像和背景 光图像，再将数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像合成为一幅彩色复合编码图像。 本实施例中，如图3所示，在R通道写入均匀排列的数字点阵图像，在G通道写入 光强呈正弦变化的正弦条纹图像，在B通道写入背景光图像，再将三通道编码图像合成为 一幅彩色编码图像。数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像可以在R、G、B三通道中任 意排列。 C.拍摄并分离经被测物体反射后的彩色复合编码图像由彩色数码相机拍摄经 被测物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色复合光栅的三维面形测量方法，其特征在于，包括以下步骤：Ａ．设置三角测量系统：采用彩色数码相机、彩色光栅投射器和图像处理器组成的成像装置，使彩色光栅投射器的出瞳、彩色数码相机的入瞳和光场中心处于同一平面内构成一个三角测量系统；Ｂ．投射彩色复合编码图像：通过彩色光栅投射器向待测物体投射彩色复合编码图像，所述彩色复合编码图像的编码方法为：在Ｒ、Ｇ、Ｂ三色通道的其中一个通道中写入均匀排列的数字点阵图像，在另两个通道中分别写入光强呈正弦变化的正弦条纹图像和背景光图像，再将数字点阵图像、正弦条纹图像和背景光图像合成为一幅彩色复合编码图像；Ｃ．拍摄并分离经被测物体反射后的彩色复合编码图像：由彩色数码相机拍摄经被测物体反射后的彩色复合编码图像，并将拍摄得到的反射后的彩色复合编码图像利用色彩分离技术进行Ｒ、Ｇ、Ｂ三通道分离，获得每个通道上的灰度图像；Ｄ．相位展开预处理：由数字点阵图像所在通道获得的反射后的数字点阵图像计算得到采样点处的绝对相位值，由正弦条纹图像所在通道获得的反射后的正弦条纹图像计算得到截断相位，由背景光图像所在通道获得的反射后的背景光图像得到待测物体边缘轮廓；Ｅ．由截断相位展开得到物体三维面形数据：结合数字点阵图像得到的采样点处的绝对相位值与背景光图像得到的待测物体边缘轮廓信息控制由正弦条纹图像计算得到的截断相位展开，根据系统几何参数进行仿射变换，得到被测物体表面三维面形数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋雷，岳慧敏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]