【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机视觉三维测量计算领域，具体涉及一种高动态范围三维测量方法及系统。
技术介绍
1、三维测量在机器视觉、生物医疗、文化遗产保护、工业检测、自动化加工制作、游戏动画产业等领域中有着越来越重要的应用。尤其是在工业生产和检测领域中，常常需要对产品或者工件进行三维面形测量，获得对象的准确三维面形数据，以此来规定加工尺寸或检测产品加工质量。基于光学原理的结构光三维测量是三维测量技术中一种具有重要意义和广泛应用前景的方法，具有非接触、高速高精度和易于实现计算机控制下的自动化等优点，已被广泛应用于前面提到的这些领域。在实际的测量中，测量环境和复杂的物体表面往往会带来干扰，常见的如工业生产中的金属工件，其高反射率的表面会使测量时产生高光，会影响基于光学原理的测量系统对表面信息的采集。而在实际的生产生活中不仅有金属等具有高反射率表面的物体，还有人脸、粗糙纸张等具有低反射率表面的物体。不同反射率的物体同时出现在测量环境中，基于光学原理的测量系统由于其动态范围有限，难以同时完成高质量的三维面形测量。
2、在过去的研究中，解决高动态范围问题的方法大致可分为多重曝光方法、自适应投影条纹强度方法、深度学习方法和非常规设备方法，均能在一定程度上对高动态范围引起的过曝或过暗处的条纹进行优化，但多重曝光方法依赖于多次长时间曝光，自适应投影条纹方法依赖于事先投影并拍摄图像建立的数字模型，深度学习方法依赖于庞大的训练数据集，均存在耗时的问题，失去了条纹投影轮廓术的高速的优势。非常规设备方法指使用其他相机代替常规灰度相机的方法，包括偏振相机
技术实现思路
1、本申请要解决的技术问题是提供一种高动态范围三维测量方法及系统，具有可以滤除高反射率表面反射的眩光，且捕获更高质量投射图像的特点。
2、第一方面，一种实施例中提供一种高动态范围三维测量方法，应用于测量系统中，所述测量系统包括投影单元和成像单元，其特征在于，所述投影单元包括数字投影子单元和线偏振片，所述成像单元包括偏振子单元和彩色成像子单元；所述数字投影单元用于基于单色光向待测物体投射不同频率不同相移步数的条纹图案，所述条纹图案经所述线偏振片投射在待测物体上；所述彩色成像子单元用于捕获经偏振子单元偏振处理后的待测物体的条纹图像；所述测量方法包括：
3、控制所述数字投影子单元经所述线偏振片向待测物体投射不同频率和不同相移步数的条纹图案；
4、控制所述成像单元捕获所述待测物体的条纹图像，得到不同频率和不同相移步数的偏振彩色图像；
5、对于任意一个偏振彩色图像，基于成像单元的通道数进行像素拆分，得到不同频率、不同相移步数和不同通道的子图像；
6、对于不同频率、不同相移步数和不同通道下的任意一个子图像，进行像素饱和判断，将不同频率和不同相移步数下的所有子图像中，灰度值为255的像素视为饱和像素，饱和像素的调制度设置为0，计算所述所有子图像中各个子图像的各个像素的调制度值，对于任意一个像素位置，选取调度值最大的子图像的该像素的灰度值作为融合图像的该位置的灰度值，得到不同频率和不同相移步数下各个子图像融合后的融合图像；
7、计算所述融合图像的包裹相位，并基于所述包裹相位获得绝对相位信息；
8、获取各个通道的成像单元的内参及各个通道相位和高度的映射关系；
9、基于所述绝对相位信息和所述各个通道的成像单元的内参及各个通道相位和高度的映射关系，进行被测物体三维点云的重建，完成三维测量。
10、一种实施例中，所述的控制所述数字投影子单元经所述线偏振片向待测物体投射不同频率和不同相移步数的条纹图案，包括：
11、控制所述数字投影子单元经所述线偏振片向待测物体投射三种频率和四步相移的共计12中图案的条纹图案。
12、一种实施例中，所述的计算所述所有子图像中各个子图像的各个像素的调制度值，包括：
13、，
14、其中， i为通道的索引； k为频率的索引，1≤ k≤3； n为相移步数的索引，1≤ n≤4；表示第 i个通道第 k种频率下所有子图像中各个子图像的任意一个像素（ x， y）的调制度值；表示第 i个通道第 k种频率下第n步相移所对应的子图像中任意一个像素（ x， y）的灰度值，n=1，2，3或4。
15、一种实施例中，所述的计算所述融合图像的包裹相位，包括：
16、四步相移中获得的相移图像的强度分别为
17、，
18、其中，表示第一步相移获得的相移图像的任意一个像素（ x， y）的强度；表示第二步相移获得的相移图像的任意一个像素（ x， y）的强度；表示第三步相移获得的相移图像的任意一个像素（ x， y）的强度；表示第四步相移获得的相移图像的任意一个像素（ x， y）的强度； a表示背景强度值； b表示调制度值；表示条纹相位；
19、则所述融合图像的第 k频率的任意一个像素的包裹相位包括：
20、，
21、其中，表示第 k种频率下第n步相移所对应的融合图像中任意一个像素（ x， y）的灰度值，n=1，2，3或4。
22、一种实施例中，所述的基于所述包裹相位获得绝对相位信息，包括：
23、由包裹相位差分得到差分包裹相位，包括：，
24、其中，表示所述融合图像的第1种频率的任意一个像素的包裹相位，表示所述融合图像的第2种频率的任意一个像素的包裹相位，表示所述融合图像的第3种频率的任意一个像素的包裹相位；、和均表示差分包裹相位；
25、基于得到的差分包裹相位，进行递归求解得到绝对相位，包括：
26、，
27、，
28、其中， f2、 f2和 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高动态范围三维测量方法，应用于测量系统中，所述测量系统包括投影单元和成像单元，其特征在于，所述投影单元包括数字投影子单元（011）和线偏振片（012），所述成像单元包括偏振子单元（021）和彩色成像子单元（022）；所述数字投影单元用于基于单色光向待测物体（03）投射不同频率不同相移步数的条纹图案，所述条纹图案经所述线偏振片（012）投射在待测物体（03）上；所述彩色成像子单元（022）用于捕获经偏振子单元（021）偏振处理后的待测物体（03）的条纹图像；所述测量方法包括：
2.如权利要求1所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于：所述的控制所述数字投影子单元（011）经所述线偏振片（012）向待测物体（03）投射不同频率和不同相移步数的条纹图案，包括：
3.如权利要求2所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于：所述的计算所述所有子图像中各个子图像的各个像素的调制度值，包括：
4.如权利要求3所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于，所述的计算所述融合图像的包裹相位，包括：
5.如权利要求4所述的高动态范围三维测量方法，其特
6.如权利要求1所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于，所述的获取各个通道的成像单元的内参，包括：
7.如权利要求1所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于，所述的各个通道相位和高度的映射关系的获取方法包括：
8.如权利要求1所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于，所述成像单元为偏振彩色相机。
9.一种高动态范围三维测量系统，包括投影单元和成像单元，其特征在于，所述投影单元包括数字投影子单元（011）和线偏振片（012），所述成像单元包括偏振子单元（021）和彩色成像子单元（022）；所述数字投影单元（011）用于基于单色光向待测物体（03）投射不同频率不同相移步数的条纹图案，所述条纹图案经所述线偏振片（012）投射在待测物体（03）上；所述彩色成像子单元（022）用于捕获经偏振子单元（021）偏振处理后的待测物体（03）的条纹图像；测量方法采用权利要求1到8之一所述的高动态范围三维测量方法实现。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质中存储有程序，所述程序能够被处理器加载并执行如权利要求1到8之一的高动态范围三维测量方法。
...【技术特征摘要】
1.一种高动态范围三维测量方法，应用于测量系统中，所述测量系统包括投影单元和成像单元，其特征在于，所述投影单元包括数字投影子单元（011）和线偏振片（012），所述成像单元包括偏振子单元（021）和彩色成像子单元（022）；所述数字投影单元用于基于单色光向待测物体（03）投射不同频率不同相移步数的条纹图案，所述条纹图案经所述线偏振片（012）投射在待测物体（03）上；所述彩色成像子单元（022）用于捕获经偏振子单元（021）偏振处理后的待测物体（03）的条纹图像；所述测量方法包括：
2.如权利要求1所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于：所述的控制所述数字投影子单元（011）经所述线偏振片（012）向待测物体（03）投射不同频率和不同相移步数的条纹图案，包括：
3.如权利要求2所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于：所述的计算所述所有子图像中各个子图像的各个像素的调制度值，包括：
4.如权利要求3所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于，所述的计算所述融合图像的包裹相位，包括：
5.如权利要求4所述的高动态范围三维测量方法，其特征在于，所述的基于所述包裹相位获得绝对...
【专利技术属性】
技术研发人员：左承林，魏龙涛，杨升科，郭奇灵，易贤，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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