彩色结构光三维测量中的彩色响应标定方法技术

一种彩色结构光三维测量系统中的彩色响应标定方法，设计一幅包含六个子标定区的辅助标定图像，六个子标定区包括三种基本纯色，每种纯色有两种亮度变化趋势，将辅助标定图像投向白色平板，对采集到的响应图像进行彩色分割得到六个子标定映射区，将每种基本纯色的两个子标定映射区按相同变化趋势的方向进行平均运算，以该结果为自变量，理想响应曲线为因变量进行二阶多项式拟合，得到彩色响应标定的响应函数，最后根据响应函数对彩色结构光三维测量中得到的测量彩色图像进行标定。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维信息重构的
，是一种在彩色结构光三维测量系统中，通过标定R、G、B颜色通道的响应曲线，来提高彩色结构光三维测量的精度的技术。
技术介绍
三维轮廓检测及其重构技术是计算机图像处理技术的一个分支，是计算机视觉和计算机图形图像处理相结合的一个研究方向，它在生产自动化、机器人视觉、CAD、虚拟现实和医学映像诊断等领域都有着广泛的应用前景。由于光栅投影法具有检测过程完全非接触、数据空间分辨率高、一次性瞬间投影直接实现三维空间物体形状检测和获取三维信息等特点，同时，由于彩色图像比黑白图像携带更丰富的信息，近年来，结构光法中基于彩色光栅投影的三维测量技术得到了较大的发展。其测量方法是首先设计若干幅辅助光栅图像，包括彩色编码条纹和带有不同相移角度的几幅相移条纹图，这些辅助图像的设计要有利于采集图像后的彩色图像分割、解码和解相位的实现。然后将它们用投影仪依次投影到被测物体表面，形成因被测物体表面形状调制而畸变的光栅条纹，并用彩色CCD采集图像。对采集到的彩色编码条纹图进行彩色图像分割，识别各条纹的颜色和边界，从而以此为依据解码得到各条纹的位置编码，即相位周期数信息，彩色图像分割效果的好坏直接决定了解码的质量，因此设计适当的彩色图像分割算法至关重要，解码算法则对应于不同的彩色编码算法；对采集到的相移图解相位得到主值相位信息。基于相位主值和相位周期数进行相位展开，计算得出与采集到图像中每个像素唯一对应的绝对相位信息，进而得到被测物体的三维信息，实现三维重构。彩色光栅的优点是可利用条纹颜色记录更多的被测物体的相位信息，达到减少图像采集数量、提高相位法实时性的目。在光栅条纹图中，通过给待求相位场加上已知或未知的常相位，来得到新的条纹图，即增加求解条件。这种通过对条纹图相位场进行移相来增加若干常量相位而得到多幅条纹图用以求解相位场的方法，称为相移法。固然相移法采用多幅条纹图像解出相位，在相位求解的精度方面有突出的优势，但这种方法通常需要向被测物体投影多幅条纹图像，大大限制了测量动态性能的提高。在以相位法为基础的条纹图像处理方法中，基于傅里叶变换进行解相位通常仅需要一幅图像，很多学者将此与彩色编码光栅结合用于物体三维信息的提取，无疑为实现动态测量以及实时性能的改善提供的思路。基于彩色光栅投影的三维测量技术涉及两大关键技术环节，即彩色编码光栅的设计和相位的求解。彩色编码条纹是一组指定颜色条纹的序列，其长度由测量范围要求而定，通常以整个序列周期的投射范围能完全覆盖被测物体为宜。任何彩色条纹编码都必须满足以下条件任意相邻两条纹颜色不同；且任意编码周期的颜色序列都不相同，即在解码时不会产生歧义而导致解码错误。在彩色编码条纹的设计中，为了使条纹颜色容易区分，通常选择颜色区分度大的纯色进行编码，对于红色R、绿色G、蓝色B三个分量，只选用0和255两种灰阶，这样三个分量可以构成八种纯色白色(255，255，255)、红色(255，0，0)，绿色(0,255,0)、蓝色(0，0，255)、黑色(0，0，0)、青色(0，255，255)、品色(255，0，255)、黄色(255,255, 0)；其中各颜色后面的括号内分别是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三个分量的灰度值。颜色的选取需要根据不同颜色的特点、被测物体的特点、彩色分割的难易程度等方面的考虑来完成。彩色编码的方法很多，其中格雷码属于可靠性编码，这种编码相邻的两个码组之间只有一位不同，是一种错误最小化的编码。Gray编码的主要优点是思路简洁明了，易于编程实现。对编码条纹解码的过程即是获取条纹周期信息的过程。条纹颜色用于记录相位周期信息，通过正确识别条纹的颜色及边界，然后对编码条纹正确解码后，便可得到相位周期信息从而实现相位展开。彩色图像分割的过程实则为还原图像中各像素颜色的过程。彩色图像分割有很多种经典的算法，包括基于颜色相似系数的分割方法、HSI颜色空间下的迭代阈值分割方法、基于区域的自适应阈值分割方法等。解相位主要通过两个步骤，即求包裹相位和相位周期展开。包裹相位的求解精度较好的方法就是经典的相移法，现今，由于测量动态性能要求的日益突显，在物体表面不存在较大高度不连续的情况下，利用基于傅里叶变化的方法解包裹相位也成为一个较好的选择。在求解包裹相位的过程中，正弦性的好坏直接影响到求解结果的准确与否。由于投影仪和摄像机之间的响应关系具有较强烈的非线性，因此正弦光栅在经过投影仪投射和摄像机采集之后会有非线性的畸变，如何校正这种非线性畸变也是结构光三维测量领域的关键技术，目前较常用的是伽玛校正技术，通过逐幅投影不同亮度的图像得到对应的响应，然后求得伽玛值，通过对原始图像乘以伽玛系数来进行校正。此外，在相位展开技术上，除传统的灰阶码法中利用7幅逐步二分的黑白条纹图加以确定相位的周期信息，还有基于边缘跳变检测、基于质量图指导等方法，此类算法一般是利用了图像的灰度信息，并且算法实现较复杂；而利用彩色编码携带的颜色信息加以确定相位周期，不但减少了采集图像的数量，算法复杂程度低，在不影响精度的前提下，能很好的改善测量的动态性能，因此基于彩色编码光栅投影的三维测量方法的应用日趋广泛。综上所述，在基于彩色光栅投影的三维测量方法中，随着精度和速度要求的日益提高，测量对象其特性日益复杂，测量流程中彩色光栅的设计，彩色图像分割，相位误差的消除和相位求解等都需要继续深入的研究，以期提高结构光三维测量的精度和速度，扩大三维测量的适用范围。
技术实现思路
针对现有彩色结构光三维测量技术中尚存的不足和限制，本专利技术旨在提供一种通过快速彩色响应标定来降低投影仪与摄像机之间响应关系的非线性的，以减少彩色结构光三维测量中的相位误差，提高测量精度。本专利技术采用如下技术方案1. 一种彩色结构光三维测量中的快速彩色响应标定方法，其特征在于，具体操作步骤如下步骤1 设计辅助标定图像步骤1. 1 生成一幅图像，将位于图像中心的矩形区域设为标定区，步骤1. 2 将标定区分成六个大小相同的条形的子标定区，依次记作Sl、s2, s3、s4.S5、 S6'步骤1. 3 设立定位框，所述定位框由与标定区的边界像素相邻的像素构成，并将构成定位框的像素的R、G、B通道值均赋为255，将位于定位框以外的像素的R、G、B通道值均赋为0，将子标定区S1的R通道值设为从0均勻变化到255，G通道和B通道设为0 ；将子标定区S2的G通道值设为从0均勻变化到255，R通道和B通道设为0 ；将子标定区S3的B 通道值设为从0均勻变化到255，G通道和R通道设为0 ；将子标定区S4的R通道值设为从 255均勻变化到0，G通道和B通道设为0 ；将子标定区S5的G通道值设为从255均勻变化到0，R通道和B通道设为0 ；将子标定区S6的B通道值设为从255均勻变化到0，G通道和 R通道设为0，得到辅助标定图像，步骤2 通过计算机和投影仪将辅助标定图像投影到白色平板上，并用摄像机取回实际响应图像，步骤3 对实际响应图像进行处理，确定子标定映射区步骤3. 1 对实际响应图像进行阈值分割，得到对应于辅助标定图像中定位框的实际响应图像的映射定位框，根据映射定位框来确定实际响应图像的标定映射区，步骤3. 2 将标定映射区的图像转换到色度_纯度_明度颜色空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种彩色结构光三维测量中的快速彩色响应标定方法，其特征在于，具体操作步骤如下步骤1 设计辅助标定图像步骤1.1 生成一幅图像，将位于图像中心的矩形区域设为标定区， 步骤1.2 将标定区分成六个大小相同的条形的子标定区，依次记作S1、S2、S3、S4、S5、S6， 步骤1. 3 设立定位框，所述定位框由与标定区的边界像素相邻的像素构成，并将构成定位框的像素的R、G、B通道值均赋为255，将位于定位框以外的像素的R、G、B通道值均赋为0，将子标定区S1的R通道值设为从0均勻变化到255，G通道和B通道设为0 ；将子标定区S2的G通道值设为从0均勻变化到255，R通道和B通道设为0 ；将子标定区S3的B通道值设为从0均勻变化到255，G通道和R通道设为0 ；将子标定区S4的R通道值设为从255 均勻变化到0，G通道和B通道设为0 ；将子标定区S5的G通道值设为从255均勻变化到0， R通道和B通道设为0 ；将子标定区S6的B通道值设为从255均勻变化到0，G通道和R通道设为0，得到辅助标定图像，步骤2 通过计算机和投影仪将辅助标定图像投影到白色平板上，并用摄像机取回实际响应图像，步骤3 对实际响应图像进行处理，确定子标定映射区步骤3. 1 对实际响应图像进行阈值分割，得到对应于辅助标定图像中定位框的实际响应图像的映射定位框，根据映射定位框来确定实际响应图像的标定映射区，步骤3. 2 将标定映射区的图像转换到色度-纯度-明度颜色空间，即HSV颜色空间， 将纯度即S通道与明度即V通道均赋值为255，再转换回RGB颜色空间，对R、G、B三通道分别进行阈值分割，得到标定映射区中的六个子标定映射区，这六个子标定映射区与辅助标定图像中的子标定区一一对应，依次记作S' !>8' 2、s' 3、s' 4、s' 5、s' 6， 步骤4:计算标定函数，步骤4. 1 在子标定映射区s' ！中任取一行像素，并建立数列ClmRi,将该行像素的R通道值，沿像素R通道值递增的方向依次逐个置于数列ClmRi中，在子标定映射区s' 4中任取一行像素，并建立数列ClnRi,将该行像素的R通道值，沿像素R通道值递增的方向依次逐个置于数列ClnRi中，建立数列ClRi，数列ClRi的每个元素都是数列(ImRi和数列(InRi相应位置元素的平均值，上述所有数列中，下标i均指数列的第i个元素，在子标定映射区s' 2中任取一行像素，并建立数列ClmGi,将该行像素的G通道值，沿像素G通道值递增的方向依次逐个置于数列dm Gi中，在子标定映射区s' 5中任取一行像素，并建立数列ClnGi,将该行像素的G通道值，沿像素G通道值递增的方向依次逐个置于数列ClnGi中，建立数列ClGi，数列ClGi的每个元素都是数列(InGi和数列(ImGi相应位置元素的平均值，上述所有数列中，下标i均指数列的第i个元素，在子标定映射区s ‘ 3中任取一行像素，并建立数列ClmBi...

【专利技术属性】
技术研发人员：达飞鹏，胡路遥，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：