專利名稱：基于彩色光柵投影的快速三維測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三維信息重構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，基于彩色光柵投影，結(jié)合傅里葉變換法，將 條紋投影輪廓術(shù)用于物體的三維測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)涉及彩色投影光柵設(shè)計(jì)，圖像分割，相位獲 取等部分。
背景技術(shù)：
三維輪廓檢測(cè)及其重構(gòu)技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的一個(gè)分支，是計(jì)算機(jī)視覺和 計(jì)算機(jī)圖形圖像處理相結(jié)合的一個(gè)研究方向，它在生產(chǎn)自動(dòng)化、機(jī)器人視覺、CAD、虛擬現(xiàn)實(shí) 和醫(yī)學(xué)映像診斷等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。由于光柵投影法具有檢測(cè)過程完全非接觸、數(shù)據(jù)空間分辨率高、一次性瞬間投影 直接實(shí)現(xiàn)三維空間物體形狀檢測(cè)和獲取三維信息等特點(diǎn)，同時(shí)，由于彩色圖像比黑白圖像 攜帶更豐富的信息，近年來，結(jié)構(gòu)光法中基于彩色光柵投影的三維測(cè)量技術(shù)得到了較大的 發(fā)展。其測(cè)量方法是首先設(shè)計(jì)若干幅輔助光柵圖像，包括彩色編碼條紋和帶有不同相移角 度的幾幅相移條紋圖，這些輔助圖像的設(shè)計(jì)要有利于采集圖像后的彩色圖像分割、解碼和 解相位的實(shí)現(xiàn)。然后將它們用投影儀依次投影到被測(cè)物體表面，形成因被測(cè)物體表面形狀 調(diào)制而畸變的光柵條紋，并用彩色CCD采集圖像。對(duì)采集到的彩色編碼條紋圖進(jìn)行彩色圖 像分割，識(shí)別各條紋的顏色和邊界，從而以此為依據(jù)解碼得到各條紋的位置編碼，即相位周 期數(shù)信息，彩色圖像分割效果的好壞直接決定了解碼的質(zhì)量，因此設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)牟噬珗D像分 割算法至關(guān)重要，解碼算法則對(duì)應(yīng)于不同的彩色編碼算法；對(duì)采集到的相移圖解相位得到 主值相位信息?；谙辔恢髦岛拖辔恢芷跀?shù)進(jìn)行相位展開，計(jì)算得出與采集到圖像中每個(gè) 像素唯一對(duì)應(yīng)的絕對(duì)相位信息，進(jìn)而得到被測(cè)物體的三維信息，實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。彩色光柵的 優(yōu)點(diǎn)是可利用條紋顏色記錄更多的被測(cè)物體的相位信息，達(dá)到減少圖像采集數(shù)量、提高相 位法實(shí)時(shí)性的目。在光柵條紋圖中，通過給待求相位場(chǎng)加上已知或未知的常相位，來得到新的條紋 圖，即增加求解條件。這種通過對(duì)條紋圖相位場(chǎng)進(jìn)行移相來增加若干常量相位而得到多幅 條紋圖用以求解相位場(chǎng)的方法，稱為相移法。固然相移法采用多幅條紋圖像解出相位，在相 位求解的精度方面有突出的優(yōu)勢(shì)，但這種方法通常需要向被測(cè)物體投影多幅條紋圖像，大 大限制了測(cè)量動(dòng)態(tài)性能的提高。在以相位法為基礎(chǔ)的條紋圖像處理方法中，基于傅里葉變 換進(jìn)行解相位通常僅需要一幅圖像，很多學(xué)者將此與彩色編碼光柵結(jié)合用于物體三維信息 的提取，無疑為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量以及實(shí)時(shí)性能的改善提供的思路?；诓噬鈻磐队暗娜S 測(cè)量技術(shù)涉及兩大關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，即彩色編碼光柵的設(shè)計(jì)和相位的求解。彩色編碼條紋是一組指定顏色條紋的序列，其長度由測(cè)量范圍要求而定，通常以 整個(gè)序列周期的投射范圍能完全覆蓋被測(cè)物體為宜。任何彩色條紋編碼都必須滿足以下條 件任意相鄰兩條紋顏色不同；且任意編碼周期的顏色序列都不相同，即在解碼時(shí)不會(huì)產(chǎn) 生歧義而導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤。在彩色編碼條紋的設(shè)計(jì)中，為了使條紋顏色容易區(qū)分，通常選擇顏 色區(qū)分度大的純色進(jìn)行編碼，對(duì)于紅色R、綠色G、藍(lán)色B三個(gè)分量，只選用0和255兩個(gè)灰階，這樣三個(gè)分量可以構(gòu)成八種純色白色(255，255，255)、紅色(255，0，0)，綠色(0,255, 0)、藍(lán)色(0,0,255)以及他們的補(bǔ)色黑色(0，0，0)、青色(0，255，255)、品色(255，0，255)、 黃色(255，255，0)；其中各顏色后面的括號(hào)內(nèi)分別是紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)三個(gè)分量 的灰度值。顏色的選取需要根據(jù)不同顏色的特點(diǎn)、被測(cè)物體的特點(diǎn)、彩色分割的難易程度等 方面的考慮來完成。彩色編碼的方法很多，其中格雷碼屬于可靠性編碼，這種編碼相鄰的兩 個(gè)碼組之間只有一位不同，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼。Gray編碼的主要優(yōu)點(diǎn)是思路簡潔 明了，易于編程實(shí)現(xiàn)。對(duì)編碼條紋解碼的過程即是獲取條紋周期信息的過程。條紋顏色用于記錄相位周 期信息，通過正確識(shí)別條紋的顏色及邊界，然后對(duì)編碼條紋正確解碼后，便可得到相位周期 信息從而實(shí)現(xiàn)相位展開。彩色圖像分割的過程實(shí)則為還原圖像中各像素顏色的過程。彩色 圖像分割有很多種經(jīng)典的算法，包括基于顏色相似系數(shù)的分割方法、HSI顏色空間下的迭代 閾值分割方法、基于區(qū)域的自適應(yīng)閾值分割方法等。解相位主要通過兩個(gè)步驟，即求折疊相位和相位周期展開。折疊相位的求解精度 較好的方法就是經(jīng)典的相移法，現(xiàn)今，由于測(cè)量動(dòng)態(tài)性能要求的日益突顯，在物體表面不存 在較大高度不連續(xù)的情況下，利用基于傅里葉變化的方法解折疊相位也成為一個(gè)較好的選 擇。此外，在相位展開技術(shù)上，除傳統(tǒng)的灰階碼法中利用7幅逐步二分的黑白條紋圖加以確 定相位的周期信息，還有基于邊緣跳變檢測(cè)、基于質(zhì)量圖指導(dǎo)等方法，此類算法一般是利用 了圖像的灰度信息，并且算法實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜；而利用彩色編碼攜帶的顏色信息加以確定相位 周期，不但減少了采集圖像的數(shù)量，算法復(fù)雜程度低，在不影響精度的前提下，能很好的改 善測(cè)量的動(dòng)態(tài)性能，因此基于彩色編碼光柵投影的三維測(cè)量方法的應(yīng)用日趨廣泛。綜上所述，在基于彩色光柵投影的三維測(cè)量方法中，隨著精度和速度要求的日益 提高，測(cè)量流程中彩色光柵的設(shè)計(jì)，彩色圖像分割，相位求解等都需要繼續(xù)深入的研究，進(jìn) 一步在不影響精度的前提下簡化算法，同時(shí)融合彩色圖像和黑白圖像在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，以 便更好地應(yīng)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有三維測(cè)量技術(shù)中尚存的不足和限制，本發(fā)明的目的在于提供一種三維掃 描系統(tǒng)中，基于彩色光柵投影的快速三維測(cè)量方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)的彩色投影光柵選用顏色區(qū)分度較大的八種純色中的綠色(010)、青 色(011)、白色(111)、黃色(110)四色根據(jù)格雷編碼原理進(jìn)行編碼。顏色用R、G、B三分量 描述，“1”表示該分量的值為255，“0”表示該分量的值為0。其排列規(guī)則是任意相鄰的四 個(gè)條紋為一組，并且每組條紋中的四種顏色的組合排列順序唯一，即在其他條紋組中沒有 與此相同的條紋組合。編碼條紋設(shè)計(jì)完成之后，對(duì)其中G分量進(jìn)行正弦調(diào)制最終得到用于 投影的彩色光柵。將設(shè)計(jì)好的彩色光柵投向被測(cè)物體，通過CCD采集光柵變形圖。對(duì)圖像 進(jìn)行R、B分量閾值迭代分割，G分量則自動(dòng)賦值為255，綜合三個(gè)分量的信息以確定出圖像 每一像素點(diǎn)的顏色完成彩色圖像分割環(huán)節(jié)，解碼之后即得到對(duì)應(yīng)的相位周期信息。另一方 面，分離出光柵變形圖中的G分量信息，對(duì)其中每一行做傅里葉變換，濾波提取含有相位信 息的基頻分量，然后通過逆傅里葉變換得到每一點(diǎn)的折疊相位值。結(jié)合對(duì)彩色分割圖解碼 后得到的圖像中每一像素點(diǎn)的相位周期信息，實(shí)現(xiàn)相位展開，最后根據(jù)相位和物體高度信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于彩色光柵投影的快速三維測(cè)量方法，具體步驟如下步驟1 設(shè)計(jì)彩色投影光柵；步驟1. 1 列出用于編碼的四種純色采用對(duì)24位真彩圖像三個(gè)分量R、G、B分別 賦值實(shí)現(xiàn)，24位真彩圖像的R、G、B分量分別是8位，有256個(gè)灰階，把每個(gè)分量只取0和 255兩個(gè)值，并將灰階為255時(shí)記為1，灰階為0時(shí)記為0，這樣R、G、B分量的取值分別為0 或1，選取R分量為1或0，選取G分量為1，選取B分量為1或0，并由此組成綠色(010)、青 色(011)、白色(111)、黃色(110)四色進(jìn)行編碼，步驟1. 2 選擇彩色條紋的數(shù)目，并對(duì)每條彩色條紋進(jìn)行編號(hào)選擇彩色條紋的數(shù) 目為32條，對(duì)綠色(010)條紋、青色(011)條紋、黃色(110)條紋、白色(111)條紋進(jìn)行編 號(hào)，并依次記為a、b、c、d，步驟1.3 確定編碼周期，并列出長度為此編碼周期的所有可能的彩色條紋編碼 組合以4個(gè)彩色條紋為編碼周期，根據(jù)步驟1. 2中設(shè)定的編號(hào)，滿足格雷編碼且編碼周期 為4個(gè)彩色條紋的所有可能的彩色條紋編碼組合Si的集合s為s = {abad, dbca, cbcb，bade, bead, bebd，adcb, cadb, cbdb，dcba, adbd, bdba, cbac，dbda，dbab，bacd，bdac，aedb，dacb，cdbc，aebe，abed, cdab，abdc，dcab，beda，dabd， bdca, caba}其中，i為滿足格雷編碼且編碼周期為4個(gè)彩色條紋的所有可能的彩色條紋編碼 組合數(shù)目((1 < i < 32)，S1 = abad表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條 紋周期位置處的條紋為a，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋周期位置處的條 紋為a，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為d，S2 = dbca表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼 周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為d，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋 周期位置處的條紋為c，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為a，S3 = cbcb表示一個(gè)長度為四個(gè) 條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為 b，第三個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，以此類推可知其 余彩色條紋編碼組合的情況，然后設(shè)立空序列I。，步驟1. 4 確定各個(gè)編碼周期的彩色條紋 編碼步驟1. 4. 1 將步驟1. 3中列出的所有可能的彩色條紋編碼組合的集合s作為待 選區(qū)，從S中任意選擇一個(gè)編碼周期Si作為起始編碼周期，這里令Si = abed,并將abed依 序列入I。，并將Si從s中刪除，s集合中剩余元素形成選擇下一個(gè)編碼周期的待選區(qū)sr，步驟1. 4. 2 取Si的后3個(gè)單位量作為Sj(l彡j彡32，j乒i)的前3個(gè)元素并以 此為條件，從sr中尋找滿足條件的 將~的最后一個(gè)元素補(bǔ)入1。，令Si = 并從sr中 刪除~，更新sr的內(nèi)容為刪除~后集合中剩余元素形成的選擇下一個(gè)編碼周期的待選區(qū)，步驟1. 4. 3 重復(fù)步驟1. 4. 2至sr為空，即可完全建立I。，按上述編碼方法可得彩 色編碼條紋序列為abcdabdcabadcbacdbcadbdadbcbdbab步驟1. 5 對(duì)設(shè)計(jì)完成的四色碼條紋序列中G分量信息依據(jù)公式(1)做正弦調(diào)制 最終得到彩色投影光柵，
式中，f (t)為根據(jù)彩色編碼條紋圖像中G分量在單個(gè)條紋寬度內(nèi)位于橫向第χ個(gè) 像素點(diǎn)的灰度值，w為條紋寬度，寬度值為16個(gè)像素，t取值在0 w之間，步驟2 彩色投影光柵包含32個(gè)周期的條紋，滿足測(cè)量需要，通過計(jì)算機(jī)生成此彩 色投影光柵，經(jīng)Optoma EP737型投影儀向被測(cè)物體投影彩色投影光柵，并用攝像機(jī)取回彩 色光柵變形圖，步驟3 對(duì)采集到彩色光柵變形圖進(jìn)行處理，計(jì)算得到折疊相位、通過圖像分割和 解碼的環(huán)節(jié)得到相位周期信息步驟3. 1 把圖中G分量信息單獨(dú)分離出來，即單獨(dú)讀取彩色光柵變形圖中G分量 信息得到整幅圖每處G分量對(duì)應(yīng)的一個(gè)灰度值，用G分量表示的彩色光柵變形圖光強(qiáng)表達(dá) 式如下
I(x,y) = a(x, y) + b(x, y) cos[——χ + φ(χ, y)]
Pη、
1Λ一"+<p(^,yyi 1
= a(x,y) + -b(x,y)e p+-b(x,y)e "上式中，a(x，y)為背景光強(qiáng)，b(x，y)為調(diào)制光強(qiáng)，I(x，y)為彩色光柵變形圖中G 分量在(χ，y)位置處的光強(qiáng)，Ρ為彩色投影光柵中的單個(gè)彩色條紋周期，<P(X力為待測(cè)彩 色光柵變形圖的折疊相位值，由歐拉公式原理，式(2)可改寫為如下形式I (x, y) = a (χ, y)+c(x, y) exp (2 π jf0x) +c* (χ, y) exp (_2 π jf0x) (3)其中，c(x，7)= [6(x,_y)/2]exp[/<j9(x,力]’(4)c*(χ, y)為c(x，y)的共軛復(fù)數(shù)，j為虛數(shù)單位，f0為投影光柵在參考面上未變形 條紋的空間頻率，對(duì)(3)中所示的一維光強(qiáng)信號(hào)I (X，y)沿著正χ方向進(jìn)行一維傅里葉變換，可得，F(xiàn) [I (X，y) ] = A(f, y)+C (f-f0, y) +C* (f+f0, y) (5)式中F[I (x，y) ]，A(f，y)，C(f-f。，y)，C*(f+f0, y)分別表示 I (χ, y), c (χ, y), c*(x, y)對(duì)應(yīng)頻域中的傅里葉頻譜，然后濾波提取含有相位信息的基頻分量C (f-f^y)，通過基頻 分量做逆傅里葉變換得到c (x, y) exp (2 π jf0x)，得到彩色光柵變形圖的折疊相位圖，折疊
相位值為
脅)=傘{順，力··^)]}(6)這里解得的力變化范圍為0 2 π，即每經(jīng)歷一個(gè)2 π的變化發(fā)生一次周期跳 變，步驟3. 2 對(duì)步驟2中的彩色光柵變形圖進(jìn)行彩色分割采用閾值迭代法對(duì)彩色光柵變形圖中的R、B分量進(jìn)行分割，G分量自動(dòng)賦值為 255，綜合R、G、B三個(gè)分量的顏色信息后即得到彩色分割圖。彩色分割完成后，利用基于區(qū)域的濾波方法去噪，即經(jīng)過彩色分割而二值化后的各像素，R、G、B三個(gè)分量的值均為0或 者255，針對(duì)圖像分割過程中發(fā)生誤判的像素進(jìn)行修正，所述修正方法為假設(shè)誤判像素的 K分量被誤判，這里K = R、G或B，對(duì)誤判像素的R、G、B三個(gè)分量分別進(jìn)行縱向搜索，判斷 在縱向像素范圍內(nèi)是否有像素K分量值與本像素K分量值不同，如果有，則矯正本像素K分 量，這個(gè)搜索范圍一般取為15到30個(gè)像素之間，最后得到改善后的彩色分割圖，步驟3. 3 解碼對(duì)步驟3. 2中得到的改善后的彩色分割圖進(jìn)行解碼步驟3. 3. 1 數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先建立一個(gè)標(biāo)志數(shù)組，其元素?cái)?shù)與改善后的彩色分割 圖中像素?cái)?shù)相等，即數(shù)組的每個(gè)元素都與圖像中相應(yīng)位置的像素對(duì)應(yīng)。將圖像中出現(xiàn)的四 種顏色白色、黃色、青色、白色編號(hào)為1、2、3、4，標(biāo)志數(shù)組中存儲(chǔ)的就是改善后的彩色圖像分 割圖中對(duì)應(yīng)位置像素的顏色編號(hào)，步驟3. 3. 2 對(duì)標(biāo)志數(shù)組進(jìn)行遍歷，把其中的分量分組為背景部分和有用條紋信 息部分，以減少需要處理的數(shù)據(jù)量，步驟3. 3. 3 得出改善后的彩色分割圖中各行各像素對(duì)應(yīng)彩色條紋的位置編碼①從左到右遍歷改善后的彩色分割圖中的各行像素，標(biāo)志出各條紋的邊界，并根 據(jù)彩色光柵變形圖的折疊相位圖中邊界跳變信息對(duì)改善后的彩色分割圖像中的條紋邊界 加以修正，②判斷出改善后的彩色分割圖中各條紋的位置編碼從左到右依次取出各個(gè)編碼 周期的條紋，即每次取出相鄰的四個(gè)條紋，將其排列順序與用于投影的彩色編碼條紋中的 條紋序列進(jìn)行對(duì)比，由于相鄰四個(gè)條紋的組合都是唯一的，當(dāng)找到匹配的組合時(shí)，就能確定 取出的四個(gè)條紋的位置編碼。同理確定該行所有條紋的位置編碼，③用各像素所屬條紋的位置編碼取代標(biāo)志數(shù)組中的顏色編號(hào)只要該位置像素不 屬于背景部分，則把對(duì)應(yīng)位置的元素值換成該像素所屬條紋的位置編號(hào)即對(duì)應(yīng)于彩色光柵 變形圖中攜帶的相位周期信息，步驟4 折疊相位的展開將經(jīng)過步驟3. 1和步驟3. 2中得到的對(duì)應(yīng)于彩色光柵變 形圖中攜帶的相位周期信息結(jié)合步驟3. 1中得到的折疊相位信息，依據(jù)如下公式對(duì)相位展 開得到最終相位Φ (χ，y)
φ(χ, y) = φ(χ, y) + 2π(η-1)(7)這里，η為條紋位置編號(hào)，即相位的周期信息，為折疊相位，步驟5 讀取最終相位圖像中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最終相位值，依據(jù)經(jīng)典光柵投影測(cè) 量系統(tǒng)原理可求得被測(cè)物體的高度信息，從而實(shí)現(xiàn)三維信息的獲取。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出了一種新的基于彩色光柵投影的三維測(cè)量方法。只需投影一幅彩色光 柵圖像即能完成測(cè)量。黃、白、綠、青四色，根據(jù)格雷編碼原則排列成一組彩色編碼條紋。然 后將G分量做正弦調(diào)制使其灰度值呈現(xiàn)正弦性變化最終形成投影光柵。通過對(duì)采集到的光 柵變形圖中R、B分量做閾值迭代分割得到正確的顏色信息后解碼獲得條紋的位置信息，再 將采集到的圖像中的G分量單獨(dú)分離出來，利用其灰度信息用基于傅里葉變換的方法解得 折疊相位值，最后結(jié)合相位周期信息對(duì)折疊相位進(jìn)行周期展開從而得到整幅圖像的絕對(duì)相位信息。通過相位和物體表面高度的數(shù)學(xué)關(guān)系可計(jì)算得到待測(cè)物體的三維信息。該方法將求取相位的兩個(gè)步驟所需的信息融合在一幅彩色編碼圖像中形成彩色 投影光柵，算法復(fù)雜度低且在測(cè)量快速性、測(cè)量精度上都能達(dá)到較理想的效果。與現(xiàn)有的同 類技術(shù)相比，本發(fā)明中設(shè)計(jì)的彩色編碼光柵選擇的編碼顏色特點(diǎn)是G分量始終為255，R、B 分量分別取0或255的四種純色，然后僅對(duì)G分量做正弦調(diào)制以方便求解折疊相位。這里 并沒有選擇對(duì)R、G、B三個(gè)分量同時(shí)做正弦調(diào)制，在彩色分割環(huán)節(jié)，由于編碼顏色的特點(diǎn)，僅 對(duì)R、B分量做閾值迭代分割，G分量自動(dòng)賦值為255，綜合三個(gè)分量信息得到的彩色分割效 果是比較理想的。如果在編碼時(shí)對(duì)R、G、B3個(gè)分量同時(shí)調(diào)制，則彩色條紋會(huì)在一個(gè)條紋周期 內(nèi)部出現(xiàn)明顯的亮區(qū)和暗區(qū)，此時(shí)在做彩色分割時(shí)，需要針對(duì)亮區(qū)和暗區(qū)中R、G、B三個(gè)分 量分別選擇合適的閾值來分割，而這個(gè)閾值需隨待測(cè)物體表明材料以及拍攝環(huán)境的光照等 因素的變化而調(diào)整，求取過程較為繁瑣。而選用本發(fā)明中提出的基于投影光柵特點(diǎn)的分割 方法能在簡化彩色分割過程的同時(shí)不影響分割精度，能很好地避免因G分量正弦調(diào)制而造 成圖像出現(xiàn)周期性的明暗帶狀區(qū)域給分割帶來的不便。當(dāng)然現(xiàn)有的彩色分割算法很多，針 對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)選取閾值分割的方法也有，但是那類算法在計(jì)算代價(jià)和算法實(shí)現(xiàn)難 以程度上不盡人意，本專利中將傳統(tǒng)中用于灰度圖像閾值分割的閾值迭代分割算法應(yīng)用于 彩色圖像中的R、B分量，具有算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，計(jì)算代價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提出基于彩色條紋投影的三維測(cè)量方法流程圖。圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的彩色光柵的編碼條紋顏色組合信息圖，其中，綠色條紋標(biāo)為 a、青色條紋標(biāo)為b、黃色條紋標(biāo)為C、白色條紋標(biāo)為d。圖3是用于投影的彩色光柵圖。圖4是采集到的經(jīng)被測(cè)牛奶瓶表面高度調(diào)制的彩色光柵變形圖。圖5是采集到的光柵變形圖中G分量信息圖。圖6是利用基于傅里葉變換的方法得到的折疊相位圖。圖7是迭代閾值法求彩色分割閾值流程圖。圖8是彩色分割后得到的二值化圖像。圖9是牛奶瓶最終絕對(duì)相位圖。圖10是牛奶瓶的三維點(diǎn)云效果圖，其中圖10(a)為三維點(diǎn)云正面效果圖，圖10(b) 三維點(diǎn)云側(cè)面效果圖，圖10(c)三維點(diǎn)云仰面效果圖。圖11是經(jīng)典光柵投影測(cè)量系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖示對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述。根據(jù)上述方法，在 Windows操作系統(tǒng)中通過VC6. 0平臺(tái)用C++編程語言實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的三維信息的獲取。 我們選取白色牛奶瓶作為實(shí)例，基于本發(fā)明提出的方法利用三維掃描系統(tǒng)進(jìn)行相位提取和
三維重構(gòu)。根據(jù)實(shí)際測(cè)量的需要，選擇綠色(010)、青色(011)、白色(111)、黃色(110)四色用 于編碼。整個(gè)條紋周期中的顏色編碼組合確定后，對(duì)G分量進(jìn)行正弦調(diào)制，得到最終需要的彩色投影光柵。經(jīng)投影儀將其投影至被測(cè)牛奶瓶，然后由CCD采集彩色光柵變形圖回至計(jì) 算機(jī)。將彩色光柵變形圖中G分量信息單獨(dú)分離出，得到整幅圖每處G分量對(duì)應(yīng)的一個(gè)灰 度值。利用基于傅里葉變換的方法獲得圖像中每一點(diǎn)的折疊相位值。另一方面，對(duì)彩色光 柵變形圖中R、B分量做迭代閾值法分割而G分量自動(dòng)賦值為255，綜合三個(gè)分量信息便得 到彩色分割圖。通過后續(xù)的基于區(qū)域的濾波方法濾除噪聲以進(jìn)一步改善分割效果得到改善 后的彩色分割圖。結(jié)合對(duì)改善后的彩色分割圖解碼后得到的圖像中每一像素點(diǎn)的相位周期 信息，實(shí)現(xiàn)相位展開，最后根據(jù)相位和物體高度信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。本發(fā)明測(cè)量實(shí)現(xiàn)流程圖如附圖1所示，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1 設(shè)計(jì)彩色投影光柵；步驟1. 1 列出用于編碼的四種純色采用對(duì)24位真彩圖像三個(gè)分量R、G、B分別 賦值實(shí)現(xiàn)，24位真彩圖像的R、G、B分量分別是8位，有256個(gè)灰階，把每個(gè)分量只取0和 255兩個(gè)值，并將灰階為255時(shí)記為1，灰階為0時(shí)記為0，這樣R、G、B分量的取值分別為0 或1，選取R分量為1或0，選取G分量為1，選取B分量為1或0，并由此組成綠色(010)、青 色(011)、白色(111)、黃色(110)四色進(jìn)行編碼，步驟1. 2 選擇彩色條紋的數(shù)目，并對(duì)每條彩色條紋進(jìn)行編號(hào)選擇彩色條紋的數(shù) 目為32條，對(duì)綠色(010)條紋、青色(011)條紋、黃色(110)條紋、白色(111)條紋進(jìn)行編 號(hào)，并依次記為a、b、c、d，步驟1.3 確定編碼周期，并列出長度為此編碼周期的所有可能的彩色條紋編碼 組合以4個(gè)彩色條紋為編碼周期，根據(jù)步驟1. 2中設(shè)定的編號(hào)，滿足格雷編碼且編碼周期 為4個(gè)彩色條紋的所有可能的彩色條紋編碼組合Si的集合s為s = {abad, dbca, cbcb，bade, bead, bebd，adcb, cadb, cbdb，dcba, adbd, bdba, cbac，dbda，dbab，bacd，bdac，aedb，dacb，cdbc，aebe，abed, cdab，abdc，dcab，beda，dabd， bdca,caba}其中，i為滿足格雷編碼且編碼周期為4個(gè)彩色條紋的所有可能的彩色條紋編碼 組合數(shù)目((1 < i < 32)，S1 = abad表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條 紋周期位置處的條紋為a，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋周期位置處的條 紋為a，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為d，S2 = dbca表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼 周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為d，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋 周期位置處的條紋為c，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為a，S3 = cbcb表示一個(gè)長度為四個(gè) 條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為 b，第三個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，以此類推可知其 余彩色條紋編碼組合的情況，然后設(shè)立空序列I。，步驟1. 4 確定各個(gè)編碼周期的彩色條紋編碼步驟1. 4. 1 將步驟1. 3中列出的所有可能的彩色條紋編碼組合的集合s作為待 選區(qū)，從s中任意選擇一個(gè)編碼周期Si作為起始編碼周期，這里令Si = abed,并將abed依 序列入I。，并將Si從s中刪除，s集合中剩余元素形成選擇下一個(gè)編碼周期的待選區(qū)sr，步驟1. 4. 2 取Si的后3個(gè)單位量作為Sj (1彡j彡32，j乒i)的前3個(gè)元素并以 此為條件，從sr中尋找滿足條件的 將~的最后一個(gè)元素補(bǔ)入1。，令Si = 并從sr中 刪除~，更新sr的內(nèi)容為刪除~后集合中剩余元素形成的選擇下一個(gè)編碼周期的待選區(qū)，
步驟1. 4. 3 重復(fù)步驟1. 4. 2至sr為空，即可完全建立I。，按上述編碼方法可得彩 色編碼條紋序列為abcdabdcabadcbacdbcadbdadbcbdbab具體形態(tài)如附圖2所示。步驟1. 5 對(duì)設(shè)計(jì)完成的四色碼條紋序列中G分量信息依據(jù)公式(1)做正弦調(diào)制 最終得到彩色投影光柵，
TCt/(0 = 255 X sin(—)(1)
w式中，f (t)為根據(jù)彩色編碼條紋圖像中G分量在單個(gè)條紋寬度內(nèi)位于橫向第χ個(gè) 像素點(diǎn)的灰度值，w為條紋寬度，寬度值為16個(gè)像素，t取值在0 w之間，步驟2 彩色投影光柵包含32個(gè)周期的條紋，滿足測(cè)量需要，通過計(jì)算機(jī)生成此彩 色投影光柵，經(jīng)Optoma EP737型投影儀向被測(cè)物體投影彩色投影光柵，并用攝像機(jī)取回彩 色光柵變形圖，整個(gè)過程只需投影一次并用攝像機(jī)取回光柵變形圖一次。為了保證采集圖 像的質(zhì)量，拍攝中盡量避免設(shè)備抖動(dòng)，同時(shí)避免在光線劇烈變化以及環(huán)境光照極強(qiáng)的條件 下進(jìn)行拍攝，步驟3 對(duì)采集到的光柵變形圖進(jìn)行處理，計(jì)算得到折疊相位、通過圖像分割和解 碼的環(huán)節(jié)得到相位周期信息步驟3. 1 當(dāng)光柵投影到物體表面上時(shí)，周期性光柵的相位就受到物體表面高度 輪廓的調(diào)制，形成變形光柵，變形光柵中帶有物體的三維信息。通過CCD采集到的彩色光柵 變形圖如附圖4所示，使用Matrox Meteor II圖卡將采集到的圖像傳輸至計(jì)算機(jī)處理。把 圖中G分量信息單獨(dú)分離出來，即單獨(dú)讀取圖像G分量信息得到整幅圖每處G分量對(duì)應(yīng)的 一個(gè)灰度值，如附圖5所示。用G分量表示的變形條紋光強(qiáng)表達(dá)式如下
I (工，y) = α(χ, + b(x,力 cos[— λ: + φ(χ,力]
P( \
\ —/
=a(x,y) + -b(x,y)e p+-b(x,y)e "上式中，a(x，y)為背景光強(qiáng)，b(x，y)為調(diào)制光強(qiáng)，I(x，y)為彩色光柵變形圖中G 分量在(χ，y)位置處的光強(qiáng)，Ρ為彩色投影光柵中的單個(gè)彩色條紋周期，為待測(cè)彩 色光柵變形圖的折疊相位值，由歐拉公式原理，式(2)可改寫為如下形式I (x, y) = a (χ, y)+c(x, y) exp (2 π jf0x) +c* (χ, y) exp (_2 π jf0x) (3)其中，c(x,j)=
exp|>io(x,>；)]，(4)c*(χ, y)為c(x，y)的共軛復(fù)數(shù)，j為虛數(shù)單位，f0為投影光柵在參考面上未變形 條紋的空間頻率，對(duì)(3)中所示的一維光強(qiáng)信號(hào)I (X，y)沿著正χ方向進(jìn)行一維傅里葉變換，可得，F(xiàn) [I (X，y) ] = A(f, y)+C (f-f0, y) +C* (f+f0, y) (5)式中F[I (x，y) ]，A(f，y)，C(f-f。，y)，C*(f+f0, y)分別表示 I (χ, y), c (χ, y), c*(x, y)對(duì)應(yīng)頻域中的傅里葉頻譜，然后濾波提取含有相位信息的基頻分量C (f-f^y)，通過基頻分量做逆傅里葉變換得到c (x, y) exp (2 π jf0x)，得到彩色光柵變形圖的折疊相位圖，折疊
相位值為
擬)一{_觸2叫(6)這里解得的φ(Χ,力變化范圍為0 2 π，即每經(jīng)歷一個(gè)2 π的變化發(fā)生一次周期跳 變，最終得到折疊相位信息如附圖6所示。步驟3. 2 對(duì)步驟2中的彩色光柵變形圖進(jìn)行彩色分割由于彩色投影光柵設(shè)計(jì)時(shí)所選取的編碼顏色的特點(diǎn)是G分量始終為255，R、B分量 為0或255，所以彩色分割環(huán)節(jié)中采用閾值迭代法對(duì)彩色光柵變形圖中的R、B分量進(jìn)行分 割，G分量自動(dòng)賦值為255，綜合R、G、B三個(gè)分量的顏色信息后即得到彩色分割圖。閾值分 割算法流程參照附圖7。彩色分割完成后，由于顏色混疊以及采集圖像時(shí)不可避免地受到光 照等條件的影響，采集到的圖像中出現(xiàn)陰影等問題，這些就成為影響圖像分割效果的噪聲。 為消除噪聲的影響，我們利用基于區(qū)域的濾波方法去噪，即經(jīng)過彩色圖像分割而二值化后 的各像素，R、G、B三個(gè)分量的值均為0或者255，因此如果要矯正發(fā)生誤判的像素，就需要 將出錯(cuò)分量的值進(jìn)行修正。所述修正方法為假設(shè)某像素的K分量被誤判，這里K = R、G或 B。由于彩色條紋是縱向的，在矯正時(shí)，可對(duì)各像素的R、G、B三個(gè)分量分別進(jìn)行縱向搜索，判 斷在縱向某個(gè)數(shù)量的像素范圍內(nèi)是否有像素K分量值與本像素K分量值不同，如果有，則矯 正本像素K分量，這個(gè)搜索范圍一般取為15到30個(gè)像素之間，最后便可得改善后的彩色分 割圖，從中可知到整幅圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色信息。改善后的彩色分割圖結(jié)果參 見附圖8。步驟3. 3:解碼:經(jīng)由彩色圖像分割環(huán)節(jié)識(shí)別出彩色編碼條紋圖中各條紋的顏色和邊界之后，對(duì)步 驟3. 2中得到的改善后的彩色分割圖進(jìn)行解碼，得出改善后的彩色分割圖中的彩色條紋與 用于投影的彩色投影光柵中各條紋的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即求得它們對(duì)應(yīng)的位置編碼，這個(gè)位置編 碼也就是相位周期性展開中用到的相位周期信息。步驟總結(jié)如下步驟3. 3. 1 數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先建立一個(gè)標(biāo)志數(shù)組，其元素?cái)?shù)與改善后的彩色分割 圖中像素?cái)?shù)相等，即數(shù)組的每個(gè)元素都與圖像中相應(yīng)位置的像素對(duì)應(yīng)。將圖像中出現(xiàn)的四 種顏色白色、黃色、青色、白色編號(hào)為1、2、3、4，標(biāo)志數(shù)組中存儲(chǔ)的就是改善后的彩色圖像分 割圖中對(duì)應(yīng)位置像素的顏色編號(hào)，這樣可以避免在后續(xù)處理中多次訪問像素的三個(gè)顏色分 量而影響處理速度，步驟3. 3. 2 對(duì)標(biāo)志數(shù)組進(jìn)行遍歷，把其中的分量分組為背景部分和有用條紋信 息部分，以減少需要處理的數(shù)據(jù)量。步驟3. 3. 3 逐行遍歷得出改善后的彩色分割圖中各行各像素對(duì)應(yīng)彩色條紋的位 置編碼①從左到右遍歷改善后的彩色分割圖中的各行像素，標(biāo)志出各條紋的邊界，并根 據(jù)彩色光柵變形圖的折疊相位圖中邊界跳變信息對(duì)改善后的彩色分割圖像中的條紋邊界 加以修正，
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②判斷出改善后的彩色圖像分割圖中各條紋的位置編碼。從左到右依次取出各個(gè) 編碼周期的條紋，即每次取出相鄰的四個(gè)條紋，將其排列順序與用于投影的彩色編碼條紋 中的條紋序列進(jìn)行對(duì)比，由于相鄰四個(gè)條紋的組合都是唯一的，當(dāng)找到匹配的組合時(shí)，就能 確定取出的四個(gè)條紋的位置編碼。同理確定該行所有條紋的位置編碼，③用各像素所屬條紋的位置編碼取代標(biāo)志數(shù)組中的顏色編號(hào)。只要該位置像素不 屬于背景部分，則把對(duì)應(yīng)位置的元素值換成該像素所屬條紋的位置編號(hào)即對(duì)應(yīng)于彩色光柵 變形圖中攜帶的相位周期信息，步驟4 折疊相位的展開將經(jīng)過步驟3. 1和步驟3. 2中得到的對(duì)應(yīng)于彩色光柵變 形圖中攜帶的相位周期信息結(jié)合步驟3. 1中得到的折疊相位信息，依據(jù)如下公式對(duì)相位展 開得到最終相位Φ (χ, y)，相位展開結(jié)果參見附圖9。
權(quán)利要求
一種基于彩色光柵投影的快速三維測(cè)量方法，其特征在于利用了彩色圖像的R、G、B三個(gè)顏色分量，R、B分量信息用于記錄條紋顏色，G分量信息用于獲取折疊相位，具體操作步驟如下步驟1設(shè)計(jì)彩色投影光柵；步驟1.1列出用于編碼的四種純色采用對(duì)24位真彩圖像三個(gè)分量R、G、B分別賦值實(shí)現(xiàn)，24位真彩圖像的R、G、B分量分別是8位，有256個(gè)灰階，把每個(gè)分量只取0和255兩個(gè)值，并將灰階為255時(shí)記為1，灰階為0時(shí)記為0，這樣R、G、B分量的取值分別為0或1，選取R分量為1或0，選取G分量為1，選取B分量為1或0，并由此組成綠色(010)、青色(011)、白色(111)、黃色(110)四色進(jìn)行編碼，步驟1.2選擇彩色條紋的數(shù)目，并對(duì)每條彩色條紋進(jìn)行編號(hào)選擇彩色條紋的數(shù)目為32條，對(duì)綠色(010)條紋、青色(011)條紋、黃色(110)條紋、白色(111)條紋進(jìn)行編號(hào)，并依次記為a、b、c、d，步驟1.3確定編碼周期，并列出長度為此編碼周期的所有可能的彩色條紋編碼組合以4個(gè)彩色條紋為編碼周期，根據(jù)步驟1.2中設(shè)定的編號(hào)，滿足格雷編碼且編碼周期為4個(gè)彩色條紋的所有可能的彩色條紋編碼組合si的集合s為s＝{abad，dbca，cbcb，badc，bcad，bcbd，adcb，cadb，cbdb，dcba，adbd，bdba，cbac，dbda，dbab，bacd，bdac，acdb，dacb，cdbc，acbc，abcd，cdab，abdc，dcab，bcda，dabd，bdca，caba}其中，i為滿足格雷編碼且編碼周期為4個(gè)彩色條紋的所有可能的彩色條紋編碼組合數(shù)目((1≤i≤32)，s1＝abad表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為a，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋周期位置處的條紋為a，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為d，s2＝dbca表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為d，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為a，s3＝cbcb表示一個(gè)長度為四個(gè)條紋周期的編碼周期，第一個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第二個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，第三個(gè)條紋周期位置處的條紋為c，第四個(gè)條紋周期位置處的條紋為b，以此類推可知其余彩色條紋編碼組合的情況，然后設(shè)立空序列Io，步驟1.4確定各個(gè)編碼周期的彩色條紋編碼步驟1.4.1將步驟1.3中列出的所有可能的彩色條紋編碼組合的集合s作為待選區(qū)，從s中任意選擇一個(gè)編碼周期si作為起始編碼周期，這里令si＝abcd，并將abcd依序列入Io，并將si從s中刪除，s集合中剩余元素形成選擇下一個(gè)編碼周期的待選區(qū)sr，步驟1.4.2取si的后3個(gè)單位量作為sj(1≤j≤32，j≠i)的前3個(gè)元素并以此為條件，從sr中尋找滿足條件的sj，將sj的最后一個(gè)元素補(bǔ)入Io，令si＝sj，并從sr中刪除sj，更新sr的內(nèi)容為刪除sj后集合中剩余元素形成的選擇下一個(gè)編碼周期的待選區(qū)，步驟1.4.3重復(fù)步驟1.4.2至sr為空，即可完全建立Io，按上述編碼方法可得彩色編碼條紋序列為a b c d a b d c a b a d c b a c d b c a d b d a d b c b d b a b步驟1.5對(duì)設(shè)計(jì)完成的四色碼條紋序列中G分量信息依據(jù)公式(1)做正弦調(diào)制最終得到彩色投影光柵， <mrow><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>255</mn><mo>&times;</mo><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>&pi;t</mi><mi>w</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，f(t)為根據(jù)彩色編碼條紋圖像中G分量在單個(gè)條紋寬度內(nèi)位于橫向第x個(gè)像素點(diǎn)的灰度值，w為條紋寬度，寬度值為16個(gè)像素，t取值在0～w之間，步驟2彩色投影光柵包含32個(gè)周期的條紋，滿足測(cè)量需要，通過計(jì)算機(jī)生成此彩色投影光柵，經(jīng)Optoma EP737型投影儀向被測(cè)物體投影彩色投影光柵，并用攝像機(jī)取回彩色光柵變形圖，步驟3對(duì)采集到彩色光柵變形圖進(jìn)行處理，計(jì)算得到折疊相位、通過圖像分割和解碼的環(huán)節(jié)得到相位周期信息步驟3.1把圖中G分量信息單獨(dú)分離出來，即單獨(dú)讀取彩色光柵變形圖中G分量信息得到整幅圖每處G分量對(duì)應(yīng)的一個(gè)灰度值，用G分量表示的彩色光柵變形圖光強(qiáng)表達(dá)式如下上式中，a(x，y)為背景光強(qiáng)，b(x，y)為調(diào)制光強(qiáng)，I(x，y)為彩色光柵變形圖中G分量在(x，y)位置處的光強(qiáng)，ρ為彩色投影光柵中的單個(gè)彩色條紋周期，為待測(cè)彩色光柵變形圖的折疊相位值，由歐拉公式原理，式(2)可改寫為如下形式I(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(2πjf0x)+c*(x，y)exp( 2πjf0x)(3)其中，c*(x，y)為c(x，y)的共軛復(fù)數(shù)，j為虛數(shù)單位，f0為投影光柵在參考面上未變形條紋的空間頻率，對(duì)(3)中所示的一維光強(qiáng)信號(hào)I(x，y)沿著正x方向進(jìn)行一維傅里葉變換，可得，F(xiàn)[I(x，y)]＝A(f，y)+C(f f0，y)+C*(f+f0，y)(5)式中F[I(x，y)]，A(f，y)，C(f f0，y)，C*(f+f0，y)分別表示I(x，y)，c(x，y)，c*(x，y)對(duì)應(yīng)頻域中的傅里葉頻譜，然后濾波提取含有相位信息的基頻分量C(f f0，y)，通過基頻分量做逆傅里葉變換得到c(x，y)exp(2πjf0x)，得到彩色光柵變形圖的折疊相位圖，折疊相位值為這里解得的變化范圍為0～2π，即每經(jīng)歷一個(gè)2π的變化發(fā)生一次周期跳變，步驟3.2對(duì)步驟2中的彩色光柵變形圖進(jìn)行彩色分割采用閾值迭代法對(duì)彩色光柵變形圖中的R、B分量進(jìn)行分割，G分量自動(dòng)賦值為255，綜合R、G、B三個(gè)分量的顏色信息后即得到彩色分割圖。彩色分割完成后，利用基于區(qū)域的濾波方法去噪，即經(jīng)過彩色分割而二值化后的各像素，R、G、B三個(gè)分量的值均為0或者255，針對(duì)圖像分割過程中發(fā)生誤判的像素進(jìn)行修正，所述修正方法為假設(shè)誤判像素的K分量被誤判，這里K＝R、G或B，對(duì)誤判像素的R、G、B三個(gè)分量分別進(jìn)行縱向搜索，判斷在縱向像素范圍內(nèi)是否有像素K分量值與本像素K分量值不同，如果有，則矯正本像素K分量，這個(gè)搜索范圍一般取為15到30個(gè)像素之間，最后得到改善后的彩色分割圖，步驟3.3解碼對(duì)步驟3.2中得到的改善后的彩色分割圖進(jìn)行解碼步驟3.3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先建立一個(gè)標(biāo)志數(shù)組，其元素?cái)?shù)與改善后的彩色分割圖中像素?cái)?shù)相等，即數(shù)組的每個(gè)元素都與圖像中相應(yīng)位置的像素對(duì)應(yīng)。將圖像中出現(xiàn)的四種顏色白色、黃色、青色、白色編號(hào)為1、2、3、4，標(biāo)志數(shù)組中存儲(chǔ)的就是改善后的彩色圖像分割圖中對(duì)應(yīng)位置像素的顏色編號(hào)，步驟3.3.2對(duì)標(biāo)志數(shù)組進(jìn)行遍歷，把其中的分量分組為背景部分和有用條紋信息部分，以減少需要處理的數(shù)據(jù)量，步驟3.3.3得出改善后的彩色分割圖中各行各像素對(duì)應(yīng)彩色條紋的位置編碼①從左到右遍歷改善后的彩色分割圖中的各行像素，標(biāo)志出各條紋的邊界，并根據(jù)彩色光柵變形圖的折疊相位圖中邊界跳變信息對(duì)改善后的彩色分割圖像中的條紋邊界加以修正，②判斷出改善后的彩色分割圖中各條紋的位置編碼從左到右依次取出各個(gè)編碼周期的條紋，即每次取出相鄰的四個(gè)條紋，將其排列順序與用于投影的彩色編碼條紋中的條紋序列進(jìn)行對(duì)比，由于相鄰四個(gè)條紋的組合都是唯一的，當(dāng)找到匹配的組合時(shí)，就能確定取出的四個(gè)條紋的位置編碼。同理確定該行所有條紋的位置編碼，③用各像素所屬條紋的位置編碼取代標(biāo)志數(shù)組中的顏色編號(hào)只要該位置像素不屬于背景部分，則把對(duì)應(yīng)位置的元素值換成該像素所屬條紋的位置編號(hào)即對(duì)應(yīng)于彩色光柵變形圖中攜帶的相位周期信息，步驟4折疊相位的展開將經(jīng)過步驟3.1和步驟3.2中得到的對(duì)應(yīng)于彩色光柵變形圖中攜帶的相位周期信息結(jié)合步驟3.1中得到的折疊相位信息，依據(jù)如下公式對(duì)相位展開得到最終相位φ(x，y)這里，n為條紋位置編號(hào)，即相位的周期信息，為折疊相位，步驟5讀取最終相位圖像中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最終相位值，依據(jù)經(jīng)典光柵投影測(cè)量系統(tǒng)原理可求得被測(cè)物體的高度信息，從而實(shí)現(xiàn)三維信息的獲取。FSA00000256891900022.tif,FSA00000256891900023.tif,FSA00000256891900024.tif,FSA00000256891900031.tif,FSA00000256891900032.tif,FSA00000256891900033.tif,FSA00000256891900041.tif,FSA00000256891900042.tif
全文摘要
一種三維掃描系統(tǒng)中基于彩色光柵投影的快速三維測(cè)量方法，選用綠、黃、青、白四種純色根據(jù)格雷碼原理進(jìn)行彩色條紋編碼，這四種純色的G分量值均為255，R、B分量分別為0或255。完成顏色編碼后將條紋顏色中G分量做正弦調(diào)制最終得到投影光柵。其中對(duì)G分量信息用基于傅里葉變換的方法解得折疊相位值；另一方面，基于投影光柵的特點(diǎn)，彩色圖像分割環(huán)節(jié)，僅對(duì)圖像的R、B分量做迭代閾值法進(jìn)行二值化，G分量自動(dòng)賦值為255。通過對(duì)分割圖解碼可獲得相位周期信息從而展開相位。該方法能很好地避免因?yàn)镚分量正弦調(diào)制而造成圖像周期性出現(xiàn)明暗帶狀區(qū)域給分割帶來的不便，在不影響測(cè)量精度的前提下，為實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)測(cè)量提供了思路。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101975558SQ201010272458
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者王露陽, 達(dá)飛鵬 申請(qǐng)人:東南大學(xué)