專利名稱：用于三維輪廓測量的系統(tǒng)和方法
用于三維輪廓測量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量裝置，特別涉及通過使用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)光迅速測量物體三維(3D)輪廓的非接觸測量裝置。
背景技術(shù)：
三維(3D)測量技術(shù)被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域以測量3D物體的表面坐標(biāo)。有各種方法用來測量不同物體的3D輪廓。如三坐標(biāo)測量儀(CMM)是一個(gè)用來測量物體的物理幾何特性的3D裝置。激光點(diǎn)/線掃描儀是另一種3D測量裝置。但是，這些3D測量裝置的尺寸通常很大，所以不適合用于測量移動(dòng)物體。另一種方法是應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺/圖像處理技術(shù)來解決此問題。在被稱為“結(jié)構(gòu)光 技術(shù)”的方法里，結(jié)構(gòu)光條紋被投影到物體上，在附近放置相機(jī)或光感應(yīng)裝置以攝取結(jié)構(gòu)光條紋在其被物體反射后的圖像。攝取的二維(2D)圖像是一個(gè)變形版本的原始結(jié)構(gòu)光條紋。條紋的變形是由物體的3D表面引起。當(dāng)已知光源和相機(jī)位置的坐標(biāo)時(shí)，根據(jù)該結(jié)構(gòu)光條紋的2D變形，能夠容易計(jì)算出3D物體的表面坐標(biāo)。早期系統(tǒng)使用的一種結(jié)構(gòu)光，包括黑白交替的條紋。為了達(dá)到高分辨率，每個(gè)黑色或白色條紋的寬度必須很小，這意味著在結(jié)構(gòu)光里有許多黑色和白色的條紋。但是，由于光學(xué)處理時(shí)邊緣檢測的缺陷、3D物體表面的潛在高曲率、以及其它系統(tǒng)噪聲，系統(tǒng)不可能可靠地檢測反射2D圖像的黑白線。實(shí)際上，可能會(huì)忽視一些邊緣點(diǎn)，并且其它邊緣點(diǎn)可能被錯(cuò)誤地分配到錯(cuò)誤的邊緣線。這種誤連接在3D測量時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重誤差。解決此問題的一種方法是將一系列黑白條紋結(jié)構(gòu)光投影到圖I所示的物體上。第一結(jié)構(gòu)光2僅有一個(gè)白色和一個(gè)黑色條紋。然后逐步地，越來越多的白色和黑色條紋被按順序地投影結(jié)構(gòu)光4。這種方法的缺點(diǎn)是需要多個(gè)步驟以進(jìn)行圖像投影、攝取以及分析，因此處理非常耗時(shí)。另一種方法是使用彩色條紋結(jié)構(gòu)光。這樣能夠減輕上述的邊緣線連接問題。但是，攝取圖像的彩色條紋不僅取決于將被投影到物體上的彩色條紋結(jié)構(gòu)光，而且取決于3D物體表面的顏色。例如，如果在3D物體的表面某處有一個(gè)寬的紅色色塊，將很難檢測到照在該色塊上的紅色條紋的邊緣線邊界。因此，需要開發(fā)一個(gè)新的結(jié)構(gòu)構(gòu)光圖案以及其相關(guān)的檢測方法來提供快速可靠的3D表面測量。
發(fā)明概述根據(jù)前述的發(fā)明背景，本發(fā)明的目的是提供一種用于3D表面測量的替代方法。其包括一種新穎的彩色結(jié)構(gòu)光設(shè)計(jì)方法以及相關(guān)的檢測算法。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種組成一個(gè)增強(qiáng)彩色序列的方法，以便投影到物體上以測量物體的三維輪廓。本方法包括的步驟有(a)通過將至少一種彩色條紋連接在一起，產(chǎn)生至少一個(gè)獨(dú)特元(distinctive tuple),每個(gè)獨(dú)特元相互不同；(b)根據(jù)一個(gè)預(yù)設(shè)規(guī)則，通過使用至少一個(gè)獨(dú)特元，形成一個(gè)彩色條紋序列；(C)選擇兩個(gè)高對比度彩色條紋，其對至少一個(gè)獨(dú)特元的每個(gè)彩色條紋有相當(dāng)高的顏色對比度；(d)在每個(gè)獨(dú)特元的每一側(cè)插入兩個(gè)高對比度彩色條紋中的一個(gè)高對比度彩色條紋，其被選擇是因?yàn)槠鋵γ總€(gè)元的對應(yīng)終端上的彩色條紋有最大的顏色梯度(color gradient); (e)識(shí)別多個(gè)重復(fù)位置，兩個(gè)連續(xù)的相同高對比度彩色條紋的中間；(f)再從兩個(gè)高對比度條紋中選擇一個(gè)不同于兩個(gè)連續(xù)相同高對比度彩色條紋的高對比度彩色條紋插入到多個(gè)重復(fù)位置以形成一個(gè)增強(qiáng)彩色序列。在一個(gè)實(shí)施例里，本方法還包括提供唯一第一尋址代碼(addressing code)給彩色條紋序列上的每個(gè)獨(dú)特元，并根據(jù)唯一第一尋址代碼提供唯一第二尋址代碼給增強(qiáng)彩色序列上的每個(gè)高對比度彩色條紋。在另一個(gè)實(shí)施例里，預(yù)設(shè)規(guī)則是De Brujin序列。在另一個(gè)實(shí)施例里，至少一個(gè)彩色條紋是從彩色條紋池選出來的，來自條紋池的每個(gè)彩色條紋具有不同的色譜(color spectrum),但不包括兩個(gè)高對 比度條紋的顏色。兩個(gè)高對比度彩色條紋分別是白色條紋和黑色條紋。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種方法，通過使用上述的增強(qiáng)彩色條紋測量物體的三維輪廓。本方法包括的步驟有Ca)通過一個(gè)結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)彩色條紋；(b)通過一個(gè)投影單元發(fā)射增強(qiáng)彩色條紋到物體上；(C)通過一個(gè)感應(yīng)單元攝取由物體反射的增強(qiáng)彩色條紋的至少一個(gè)圖案；和((1)通過一個(gè)處理單元根據(jù)至少一個(gè)圖案確定物體的三維輪廓。在另一個(gè)實(shí)施例里，用來測量物體的3D輪廓的方法的確定步驟包括以下步驟
(a)通過一個(gè)邊緣檢測單元，根據(jù)至少一個(gè)圖像的顏色轉(zhuǎn)變，識(shí)別至少一個(gè)圖像里的邊緣；
(b)將邊緣跟增強(qiáng)彩色序列的對應(yīng)邊緣進(jìn)行比較，并通過一個(gè)分析單元確定兩者之間的深度偏差；和((3)通過一個(gè)測量單元，根據(jù)深度偏差測量物體的三維輪廓。 在一個(gè)實(shí)施例里，識(shí)別步驟還包括基于一個(gè)劃分算法(segmentationalgorithm),識(shí)別至少一個(gè)獨(dú)特元的正常彩色邊緣和多個(gè)高對比度彩色條紋的高對比度彩色邊緣。比較步驟還包括分配第一指針給每個(gè)正常彩色邊緣，并根據(jù)第一指針分配第二指針給每個(gè)高對比度彩色邊緣。比較步驟還包括將第一指針和第二指針分別映射到對應(yīng)的第一尋址代碼和第二尋址代碼以獲取一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系。深度偏差是根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系而確定的。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一個(gè)增強(qiáng)彩色序列，用于投影到物體上來測量物體的三維輪廓。增強(qiáng)的彩色序列包括(a)至少一個(gè)獨(dú)特元，每個(gè)至少一個(gè)獨(dú)特元是通過將至少一個(gè)彩色條紋連接在一起而產(chǎn)生；和6)多個(gè)高對比度彩色條紋，其對至少一個(gè)獨(dú)特元里的每個(gè)彩色條紋有一個(gè)相對高的顏色對比度；其中多個(gè)高對比度彩色條紋中的一個(gè)高對比度彩色條紋被插入到每個(gè)至少一個(gè)獨(dú)特元的每一側(cè)。最大顏色梯度準(zhǔn)則被用來選擇一個(gè)高對比度彩色條紋，以插入在每個(gè)獨(dú)特元的每一側(cè)。在兩個(gè)連續(xù)相同的高對比度彩色條紋的中間，插入一個(gè)不同于兩個(gè)連續(xù)相同高對比度彩色條紋的高對比度顏色條紋。在另一個(gè)實(shí)施例里，至少一個(gè)彩色條紋包括一個(gè)藍(lán)色條紋、一個(gè)綠色條紋、一個(gè)青色條紋、一個(gè)紅色條紋、一個(gè)紫紅色條紋、和一個(gè)黃色條紋。多個(gè)高對比度彩色條紋包括一個(gè)白色條紋和一個(gè)黑色條紋。本發(fā)明的另一方面提供一個(gè)通過使用上述的增強(qiáng)彩色條紋來測量物體三維輪廓的系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括(a)—個(gè)結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生增強(qiáng)的彩色條紋；(b)—個(gè)投影單元，用于發(fā)射增強(qiáng)的彩色條紋到物體上；(C) 一個(gè)感應(yīng)單元，用于攝取從物體反射的增強(qiáng)彩色條紋的至少一個(gè)圖像；和((1) 一個(gè)處理單元，其根據(jù)至少一個(gè)圖像確定物體的三維輪廓。在一個(gè)實(shí)施例里，在本系統(tǒng)的增強(qiáng)彩色條紋里的多個(gè)高對比度彩色條紋包括一個(gè)白色條紋和一個(gè)黑色條紋。在另一個(gè)實(shí)施例里，感應(yīng)單元包括一個(gè)彩色傳感器，其用來攝取從物體反射的增強(qiáng)彩色序列的一個(gè)彩色圖像，以及一個(gè)黑白傳感器，其用來攝取從物體反射的增強(qiáng)彩色序列的一個(gè)黑白圖像。在另一個(gè)實(shí)施例里，感應(yīng)單元還包括一個(gè)分光鏡，其用于將從物體反射的光分成第一光束和第二光束，并引導(dǎo)所述第一光束到彩色傳感器，以及引導(dǎo)第二光束到黑白傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例里，感應(yīng)單元還包括一個(gè)折疊鏡，其用于首先引導(dǎo)從物體反射的光到黑白傳感器上，然后引導(dǎo)從物體反射的光到彩色傳感器上。

在另一個(gè)實(shí)施例里，每個(gè)至少一個(gè)獨(dú)特元被提供給唯一第一尋址代碼，并根據(jù)唯一第一尋址代碼，每個(gè)多個(gè)高對比度彩色條紋被提供給唯一第二尋址代碼。在另一個(gè)實(shí)施例里，處理單元包括(a) —個(gè)邊緣檢測單元，其根據(jù)至少一個(gè)圖像的色彩變化來檢測至少一個(gè)圖像里的條紋邊緣；(b) —個(gè)分析單元，其將所述邊緣跟增強(qiáng)彩色序列里的對應(yīng)邊緣進(jìn)行比較識(shí)別邊緣顏色，并確定識(shí)別邊緣的深度偏差；和((3) —個(gè)測量單元，其根據(jù)深度偏差來測量物體的三維輪廓。在另一個(gè)實(shí)施例里，邊緣檢測單元還包括一個(gè)識(shí)別單元，其根據(jù)一個(gè)劃分算法來識(shí)別正常彩色邊緣和高對比度彩色邊緣。在另一個(gè)實(shí)施例里，分析單元分配第一指針給每個(gè)正常彩色邊緣，并根據(jù)第一指針分配第二指針給每個(gè)高對比度彩色邊緣。在另一個(gè)實(shí)施例里，分析單元將第一指針和第二指針分別映射到對應(yīng)的第一尋址代碼和第二尋址代碼以獲取一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系。深度偏差是根據(jù)這種關(guān)聯(lián)關(guān)系而確定的。本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，通過單次攝取由增強(qiáng)彩色序列投射覆蓋的物體而實(shí)現(xiàn)3D測量，從而具有較快的測量速度。其次，黑白條紋能夠更魯棒和穩(wěn)定地進(jìn)行邊緣檢測，同時(shí)彩色條紋的唯一序列提供一個(gè)尋址方案以便唯一地識(shí)別彩色條紋。解碼單元可以利用這些來解決邊緣線的連接問題。插入高對比度條紋如黑色條紋或白色條紋到一個(gè)正常彩色序列的新穎性方法使插入條紋能夠通過使用正常彩色條紋序列的第一尋址代碼而唯一地尋出。結(jié)果，能夠唯一地識(shí)別在增強(qiáng)彩色序列里的每個(gè)結(jié)構(gòu)光條紋。從而，增強(qiáng)的彩色條紋結(jié)合了黑色和白色條紋以及正常彩色條紋序列的優(yōu)點(diǎn)來進(jìn)行物體3D測量。此外，本發(fā)明采用混合傳感器方法來攝取圖像。物體的3D坐標(biāo)是由彩色圖像和黑白圖像的計(jì)算而獲得?？梢詮挠?jì)算結(jié)果中獲取更多的物體的三維信息，從而完成更好的3D重構(gòu)。

圖I是一個(gè)3D測量系統(tǒng)的示例。圖2描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例如何進(jìn)行3D測量。圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的整個(gè)流程圖。圖4顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例結(jié)構(gòu)光條紋。圖5顯示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)光條紋的其它可行實(shí)施。圖6是一個(gè)實(shí)施例的由彩色傳感器和黑白傳感器攝取圖像的一個(gè)例子。圖7顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的混合傳感器的兩個(gè)結(jié)構(gòu)。圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像獲取和處理的快速模式以及圖像獲取和處理的精確模式的時(shí)間示意圖。圖9是本發(fā)明的解碼處理的一個(gè)流程圖。
圖10顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的邊緣劃分結(jié)果的一個(gè)示例。圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例描述邊緣劃分的示意圖。圖12是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的邊緣劃分的流程圖。圖13顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三角計(jì)算的概念。
優(yōu)選實(shí)施例詳述如在此以及所附權(quán)利要求里所使用的，“包括”意味著包括以下元素但不排除其它元素?！奥?lián)結(jié)”或“連接”是指通過一個(gè)或多個(gè)電裝置直接或間接地 電聯(lián)結(jié)或連接，除非特別申明。在整個(gè)說明書里，使用RGB色彩模型以便披露本發(fā)明的觀點(diǎn)。很明顯，也可以使用其它色彩模型如CMYK色彩模型、RYB色彩模型、和HSV模型。在RGB色彩模型里，色彩是由一個(gè)三重的紅色、綠色和藍(lán)色值表示。此外，數(shù)值是范圍在O到255之間的無符號整數(shù)。由此，黑色表示為
，而白色表示為[255,255,255]。其它色彩由此范圍內(nèi)的不同數(shù)值表示。例如，藍(lán)色、黃色、紫紅色、綠色、紅色和青色的RGB數(shù)值分別是(0，0，255)、(255，255，O)、(255，O, 255)、(O, 255，O)、(255，O, O)和(0，255，255)。本發(fā)明使用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)光來測量物體的3D輪廓。參照圖2，圖2顯示了本發(fā)明的基本概念。首先，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)光20是由一個(gè)圖案產(chǎn)生單元產(chǎn)生，并通過一個(gè)投影單元22被投影到物體24上。在一個(gè)實(shí)施例里，投影單元是一個(gè)光投影儀。在圖2所示的一個(gè)實(shí)施例里，結(jié)構(gòu)光包括多個(gè)光條紋。原始結(jié)構(gòu)光20覆蓋在物體24上，產(chǎn)生一個(gè)“圖案投影物體”26。然后，使用感應(yīng)單元28的圖像傳感器來攝取圖案投影物體26的圖像。在一個(gè)實(shí)施例里，獲得至少一個(gè)被攝取的圖像30。然后，攝取的圖像30是由一個(gè)處理單元如計(jì)算機(jī)32進(jìn)行處理以獲得一組解碼線條34。接著，通過進(jìn)一步處理解碼線條34，獲得物體24的3D輪廓。在另一個(gè)實(shí)施例里，圖案產(chǎn)生單元和處理單元32是連接在一起的，使得數(shù)據(jù)交換可以在兩者之間進(jìn)行。在另一個(gè)實(shí)施例里，結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元、投影單元、感應(yīng)單元和處理單元都是由同一計(jì)算機(jī)32擁有。參照圖3，圖3顯示本發(fā)明的整個(gè)流程圖。首先，在系統(tǒng)校準(zhǔn)步驟30，初始化系統(tǒng)參數(shù)，并獲得投影儀和圖像傳感器的相對位置。在一個(gè)實(shí)施例里，校準(zhǔn)涉及獲得投影儀中心、圖像傳感器中心、和它們之間距離的3D坐標(biāo)。也可以獲得其它參數(shù)如投影儀和圖像傳感器的特性、其各自的焦距、主點(diǎn)、傾斜系數(shù)和失真系數(shù)。此外，也可以建立相機(jī)和投影儀之間的關(guān)系，如旋轉(zhuǎn)和平移矩陣。這些參數(shù)用于三角計(jì)算以確定物體表面的3D坐標(biāo)(將在以下描述)。色彩校準(zhǔn)步驟同樣在步驟30完成以執(zhí)行攝取色彩和投影色彩之間的映射。在步驟32，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則產(chǎn)生獨(dú)特結(jié)構(gòu)光，并且使用一種預(yù)設(shè)方法對該結(jié)構(gòu)光進(jìn)行編碼。接著，在步驟34，結(jié)構(gòu)光被投影到物體上。在步驟36，使用諸如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)相機(jī)的圖像傳感器而攝取圖案投影物體26的圖像(參照圖2)。在獲取圖像之后，在步驟38進(jìn)行圖像處理和圖案解碼。根據(jù)解碼結(jié)果，在步驟40計(jì)算物體的表面點(diǎn)的3D坐標(biāo)，然后根據(jù)這些3D坐標(biāo)重建物體的3D輪廓。這些步驟將在以下章節(jié)詳細(xì)描述。在結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生步驟32，首先選擇一組包含不同色譜的顏色以形成彩色條紋。在本發(fā)明里，條紋朝向并不重要。它們可以是如圖2所示的水平條紋，或如圖4所示的垂直條紋。其它朝向也是可能的。參照圖4，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例顯示一個(gè)典型的結(jié)構(gòu)光條紋。在此實(shí)施例里，使用6個(gè)不同的彩色條紋，即藍(lán)色條紋、黃色條紋、紫紅色條紋、綠色條紋、紅色條紋和青色條紋。也可以使用其它組合的彩色條紋，這取決于應(yīng)用要求和環(huán)境因素。下一步是根據(jù)某些準(zhǔn)則產(chǎn)生一個(gè)彩色條紋的序列。主要準(zhǔn)則是建立具有“獨(dú)特”特征的彩色條紋的一個(gè)序列以在步驟38 (圖3)使用進(jìn)行圖像處理和圖案解碼處理。這個(gè)“獨(dú)特”特征將在以下章節(jié)詳細(xì)描述。單個(gè)彩色條紋可以聯(lián)結(jié)在一起以產(chǎn)生如圖4a所示的彩色條紋42的一個(gè)序列。在此例子里，每個(gè)單色條紋被看作是一個(gè)獨(dú)特元素，并提供以唯一代碼(稱為第一尋址代碼)以便唯一識(shí)別它。例如，它們可以被編碼成一個(gè)數(shù)字號碼，其顯示一個(gè)彩色條紋在該序列里的相對位置。因此，藍(lán)色條紋被標(biāo)記為“1”，黃色條紋被標(biāo)記為“2”等。在另一個(gè)例子里，色彩條紋被表示為一個(gè)符號，即藍(lán)色條紋是“B”、黃色條紋是“Y”、紫紅色條紋是“M”、綠色條紋是“G”、紅色條紋是“R”、青色條紋是“C”，如圖4a所示。在分配第一尋址代碼給元素之后，彩色條紋42的次序變成一個(gè)具有識(shí)別特征的指針序列 。

該指針序列可以被投影到物體上以測量該物體的3D輪廓。但是，使用這種指針序列來投影可能得不到一個(gè)物體的精確可靠的3D模型，因?yàn)槿绻矬w有和彩色條紋相同色彩的區(qū)域，就可能錯(cuò)過一些彩色條紋邊界。為了提高3D測量的精確度和可靠性，本發(fā)明將在每個(gè)彩色條紋兩側(cè)插入高對比度條紋到指針序列里以形成一個(gè)增強(qiáng)的色彩序列。選擇的高對比度條紋與指針序列里的彩色條紋具有最大的色彩梯度(color gradient)，其原因是最大化彩色條紋和該高對比度條紋之間的對比度，有利于在其之間進(jìn)行識(shí)別和檢測。在圖4b的實(shí)施例里，選擇白色條紋(由符號“W”表示)和黑色條紋(由符號“K”表示)作為插入的高對比度條紋。對于許多物體尤其是紋理狀物體的3D測量，白色條紋和黑色條紋是魯棒而可靠的。在一方面，白色條紋和黑色條紋能抵抗背景光的強(qiáng)度變化，從而能夠進(jìn)行更穩(wěn)定的檢測。在另一方面，有需要的話，可以使用白色條紋和黑色條紋來幫助復(fù)原失去的彩色條紋(這將在以下描述)。測量物體3D輪廓的一個(gè)重要步驟是檢測攝取圖像30里的邊緣。為了改善邊緣的檢測結(jié)果，插入黑色和白色條紋到彩色條紋42序列里。對每個(gè)彩色條紋，根據(jù)一個(gè)最大化梯度準(zhǔn)則，插入一個(gè)黑色或白色條紋到該彩色條紋的兩側(cè)。使用最大梯度準(zhǔn)則來選擇黑色條紋或白色條紋以在一個(gè)彩色條紋P的兩側(cè)插入，是基于以下公式
權(quán)利要求
1.一種用來組成一個(gè)增強(qiáng)彩色序列的方法，用于投影到一個(gè)物體上以測量所述物體的三維輪廓，包括 a)通過將至少一個(gè)彩色條紋連接在一起，產(chǎn)生至少一個(gè)獨(dú)特元，每個(gè)所述的獨(dú)特元都相互不同； b)根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則，使用所述至少一個(gè)獨(dú)特元形成彩色條紋的一個(gè)序列； c)選擇兩個(gè)高對比度彩色條紋，其針對所述至少一個(gè)獨(dú)特元的每個(gè)所述彩色條紋具有一個(gè)相對高的顏色對比度； d)將所述兩個(gè)高對比度彩色條紋中的一個(gè)高對比度彩色條紋插入到每個(gè)所述獨(dú)特元的每一側(cè)，選擇所述兩個(gè)高對比度彩色條紋中的所述一個(gè)高對比度彩色條紋，是基于其針對在每個(gè)所述獨(dú)特元的相應(yīng)終端上的一個(gè)彩色條紋具有最大的顏色梯度； e)識(shí)別多個(gè)重復(fù)位置，每個(gè)所述重復(fù)位置是在兩個(gè)連續(xù)的相同的高對比度彩色條紋的中間位置；和 f)從所述兩個(gè)高對比度條紋中選擇一個(gè)插入到所述多個(gè)重復(fù)位置以形成所述增強(qiáng)彩色序列，所述選擇的那個(gè)高對比度彩色條紋不同于所述兩個(gè)連續(xù)的相同的高對比度彩色條紋。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括 a)提供唯一的第一尋址代碼給所述彩色條紋序列上的所述至少一個(gè)獨(dú)特元中的每個(gè)獨(dú)特元；和 b)根據(jù)所述唯一的第一尋址代碼，提供唯一的第二尋址代碼給所述增強(qiáng)彩色序列上的每個(gè)高對比度彩色條紋。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述預(yù)設(shè)規(guī)則是DeBrujin序列。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述至少一個(gè)彩色條紋是從一個(gè)彩色條紋池選出，來自所述池的每個(gè)所述彩色條紋具有不同的色譜，但不包含所述兩個(gè)高對比度彩色條紋的顏色。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述兩個(gè)高對比度彩色條紋分別是白色條紋和黑色條紋。
6.一種通過使用從權(quán)利要求2獲得的所述增強(qiáng)彩色條紋來測量一個(gè)物體的三維輪廓的方法，包括 a)通過一個(gè)結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元產(chǎn)生所述增強(qiáng)彩色條紋； b)通過一個(gè)投影單元投射所述增強(qiáng)彩色條紋到所述物體上； c)通過一個(gè)感應(yīng)單元攝取從所述物體反射的所述增強(qiáng)彩色條紋的至少一個(gè)圖像； 和 d)通過一個(gè)處理單元，根據(jù)所述至少一個(gè)圖像，確定所述物體的所述三維輪廓。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述確定步驟還包括 a)通過一個(gè)邊緣檢測單元，根據(jù)所述至少一個(gè)圖像的色彩變化，識(shí)別所述至少一個(gè)圖像里的邊緣； b)通過一個(gè)分析單元，將所述邊緣跟所述增強(qiáng)彩色序列上的對應(yīng)邊緣進(jìn)行比較，并確定兩者之間的深度偏差；和 c)通過一個(gè)測量單元，根據(jù)所述深度偏差，測量所述物體的所述三維輪廓。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述識(shí)別步驟還包括根據(jù)一個(gè)劃分算法，識(shí)別出所述至少一個(gè)獨(dú)特元的正常彩色邊緣和所述多個(gè)高對比度彩色條紋的高對比度彩色邊緣。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述比較步驟還包括分配第一指針給每個(gè)所述正常彩色邊緣，并根據(jù)所述第一指針，分配第二指針給每個(gè)所述高對比度彩色邊緣。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述比較步驟還包括將所述第一指針和所述第二指針分別映射到對應(yīng)的所述第一尋址代碼和所述第二尋址代碼以獲取一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系，所述深度偏差是根據(jù)所述關(guān)聯(lián)關(guān)系而定。
11.一種增強(qiáng)彩色序列，其用來投影到一個(gè)物體上以測量所述物體三維輪廓，包括 a)至少一個(gè)獨(dú)特元，每個(gè)所述至少一個(gè)獨(dú)特元是通過將至少一個(gè)彩色條紋連接在一起而產(chǎn)生；和 b)多個(gè)高對比度彩色條紋，其針對所述至少一個(gè)獨(dú)特元上的每個(gè)所述彩色條紋具有一個(gè)相對高的顏色對比度； 其中所述多個(gè)高對比度彩色條紋中的一個(gè)高對比度彩色條紋被插入到每個(gè)所述至少一個(gè)獨(dú)特元的每一側(cè)，所述多個(gè)高對比度彩色條紋中的所述一個(gè)高對比度彩色條紋的選擇，是因?yàn)槠鋵γ總€(gè)所述至少一個(gè)獨(dú)特元的所述每一側(cè)上的一個(gè)彩色條紋具有最大的顏色梯度；并在兩個(gè)連續(xù)的相同的高對比度彩色條紋的中間，插入一個(gè)不同于所述兩個(gè)連續(xù)的相同的高對比度彩色條紋的高對比度彩色條紋。
12.如權(quán)利要求11所述的增強(qiáng)彩色序列，其中每個(gè)所述至少一個(gè)獨(dú)特元被提供給唯一第一尋址代碼，并根據(jù)所述唯一第一尋址代碼，每個(gè)所述多個(gè)高對比度彩色條紋被提供給唯一第二尋址代碼。
13.如權(quán)利要求11所述的增強(qiáng)彩色序列，其中所述至少一個(gè)獨(dú)特元是根據(jù)DeBrujin序列連接的。
14.如權(quán)利要求11所述的增強(qiáng)彩色序列，其中所述至少一個(gè)彩色條紋包括一個(gè)藍(lán)色條紋、一個(gè)綠色條紋、一個(gè)青色條紋、一個(gè)紅色條紋、一個(gè)紫紅色條紋、和一個(gè)黃色條紋；所述多個(gè)高對比度彩色條紋包括一個(gè)白色條紋和一個(gè)黑色條紋。
15.一個(gè)通過使用如權(quán)利要求11的所述增強(qiáng)彩色條紋來測量物體三維輪廓的系統(tǒng)，包括 a)一個(gè)結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生所述增強(qiáng)彩色條紋； b)一個(gè)投影單元，用于將所述增強(qiáng)彩色條紋投射到所述物體上； c)一個(gè)感應(yīng)單元，用于攝取從所述物體反射的所述增強(qiáng)彩色條紋的至少一個(gè)圖像；和 d)—個(gè)處理單元，用于根據(jù)所述至少一個(gè)圖像確定所述物體的所述三維輪廓。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中在所述增強(qiáng)彩色條紋里的所述多個(gè)高對比度彩色條紋包括一個(gè)白色條紋和一個(gè)黑色條紋。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述感應(yīng)單元包括一個(gè)彩色傳感器和一個(gè)黑白傳感器，所述彩色傳感器用來攝取從所述物體反射的所述增強(qiáng)彩色序列的一個(gè)彩色圖像，所述黑白傳感器用來攝取從所述物體反射的所述增強(qiáng)彩色序列的一個(gè)黑白圖像。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述感應(yīng)單元還包括一個(gè)分光鏡，其用于將從所述物體反射的光分成第一光束和第二光束，并引導(dǎo)所述第一光束到所述彩色傳感器上，以及引導(dǎo)所述第二光束到所述黑白傳感器上。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述感應(yīng)單元還包括一個(gè)折疊鏡，其用于首先引導(dǎo)從所述物體反射的光到所述黑白傳感器上，然后引導(dǎo)從所述物體反射的所述光到所述彩色傳感器上。
20.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)所述至少一個(gè)獨(dú)特元被提供給唯一第一尋址代碼，并根據(jù)所述唯一第一尋址代碼，每個(gè)所述多個(gè)高對比度彩色條紋被提供給唯一第二尋址代碼。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述處理單元包括 a)—個(gè)邊緣檢測單元，其根據(jù)所述至少一個(gè)圖像的色彩變化來識(shí)別所述至少一個(gè)圖像里的邊緣； b)—個(gè)分析單元，其將所述邊緣跟所述增強(qiáng)彩色序列上的對應(yīng)邊緣進(jìn)行比較，并確定兩者之間的深度偏差；和 c)一個(gè)測量單元，其根據(jù)所述深度偏差來測量所述物體的所述三維輪廓。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣檢測單元還包括一個(gè)識(shí)別單元，其根據(jù)一個(gè)劃分算法來識(shí)別正常彩色邊緣和高對比度彩色邊緣。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述分析單元分配第一指針給每個(gè)所述正常彩色邊緣，并根據(jù)所述第一指針分配第二指針給每個(gè)所述高對比度彩色邊緣。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述分析單元將所述第一指針和所述第二指針分別映射到對應(yīng)的所述第一尋址代碼和所述第二尋址代碼以獲取一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系，所述深度偏差是根據(jù)所述關(guān)聯(lián)關(guān)系而確定的。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種通過使用獨(dú)特結(jié)構(gòu)光測量物體3D輪廓的非接觸測量系統(tǒng)及其實(shí)施方法。本系統(tǒng)包括一個(gè)結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元、一個(gè)投影單元、一個(gè)成像或傳感器單元、和一個(gè)處理單元。結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生單元根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)彩色序列。本系統(tǒng)的成像或傳感器單元包括混合式傳感器，其能夠在快速模式或精確模式上運(yùn)行。同時(shí)本發(fā)明也披露了一種專用解碼方法。
文檔編號G01B11/25GK102878950SQ20121031934
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者王曌, 劉穎 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司