專利名稱：一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，屬于計(jì)算機(jī)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量是一種新的物體三維表面形狀的測(cè)量方法，以非接觸、方便快速、較高的精度等特點(diǎn)，近年來在工業(yè)檢測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、文物保護(hù)和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。作為一種主動(dòng)視覺測(cè)量方法，結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量通過投影儀將事先設(shè)計(jì)好的模式(pattern)投射到被測(cè)物體表面，來增加視覺匹配特征信息，從而解決立體視覺對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配難題，繼而通過三角測(cè)量實(shí)現(xiàn)物體表面深度信息的獲取。結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)標(biāo)定是影響系統(tǒng)測(cè)量精度的重要因素，它主要包括攝像機(jī)和投影儀的內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定，以及攝像機(jī)和投影儀坐標(biāo)系之間變換矩陣的確定。對(duì)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)標(biāo)定方法，大多都是從圖像起始處開始相位展開，然而圖像邊緣往往質(zhì)量較低，噪聲點(diǎn)較多，將這樣的區(qū)域作為相位展開的起始處，會(huì)過早的引入誤差，造成相位展開的失?。辉谙辔坏恼归_過程中，傳統(tǒng)的系統(tǒng)標(biāo)定方法都是使用行列逐點(diǎn)取包裹，這種的方法的最大缺點(diǎn)就是:在相位展開路徑中，前一點(diǎn)的錯(cuò)誤會(huì)一直延續(xù)的以后的各點(diǎn)，造成“拉線”現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，首先在標(biāo)定板平面上投射一副圓形亮區(qū)域，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二值化，該區(qū)域一般位于整幅圖像的中心位置，這個(gè)區(qū)域的圖像質(zhì)量往往比較高，并以其中心作為相位展開的起始點(diǎn)；再相比傳統(tǒng)的相位展開方法，使用一種具有抗噪功能的展開方法，即先標(biāo)出相位主值圖像中的正負(fù)極點(diǎn)，然后根據(jù)極點(diǎn)位置設(shè)置分割線，繼而使用洪水填充法對(duì)包裹相位進(jìn)行相位展開。本發(fā)明的有益效果在于:能簡(jiǎn)便、有效地確定了相位展開起始點(diǎn)，且魯棒性強(qiáng)，精度高。本發(fā)明的具體實(shí)施步驟是:I)制作編碼光柵；傳統(tǒng)的編碼光柵只使用正弦光柵或格雷碼光柵，在相位展開時(shí)，通常使用圖像的起始位置作為相位展開的起始點(diǎn)，然而，在圖像的起始位置處圖像質(zhì)量往往較低，增加了相位展開失敗的風(fēng)險(xiǎn)。本文采用一副編碼圓盤圖像，來確定相位展開起始點(diǎn)，很好的解決了這一問題。2)搭建結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)，使用攝像機(jī)捕獲標(biāo)定板圖像；本文所使用的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)主要包括:一臺(tái)攝像機(jī)、一臺(tái)投影儀、一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)標(biāo)定板。投影儀將變形光柵投射到標(biāo)定板上，攝像機(jī)將其采集后存至計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)行解碼處理。3)使用投影儀依次將編碼光柵圖像投 射到標(biāo)定板上，并使用攝像機(jī)分別捕獲保存；4)確定相位展開起始點(diǎn)；鑒于傳統(tǒng)的方法不能很好的確定相位展開的起始點(diǎn)，本文通過對(duì)編碼圓盤圖像進(jìn)行處理，得到其中心位置，并把其中心位置作為展開起始點(diǎn)。5)對(duì)編碼光柵解碼，得到包裹相位圖像，并對(duì)包裹相位進(jìn)行展開；設(shè)
權(quán)利要求
1.一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟: 1)制作編碼光柵，其中包括三幅相移120度的行正弦光柵、三幅相移120度的列正弦光柵以及一副用于確定相位展開起始點(diǎn)的編碼圓盤圖像； 2)搭建結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)，使用攝像機(jī)捕獲標(biāo)定板圖像； 3)使用投影儀依次將三幅行正弦光柵、三幅列正弦光柵以及圓盤圖像投射到標(biāo)定板上，并使用攝像機(jī)分別捕獲保存； 4)確定相位展開起始點(diǎn)，對(duì)步驟3)捕獲的編碼圓盤圖像，使用otsu法對(duì)其首先進(jìn)行二值化，然后使用區(qū)域增長(zhǎng)方法確定編碼圓盤圖像區(qū)域，繼而確定其中心，將其作為相位展開的起始點(diǎn)； 5)推導(dǎo)并利用三步相移法對(duì)步驟3)得到的一組圖像進(jìn)行求解，得到行、列方向上的包裹相位，并利用枝切法結(jié)合洪水填充法對(duì)行、列方向的包裹相位進(jìn)行相位展開； 6)根據(jù)步驟5)得到的絕對(duì)相位以及絕對(duì)相位的唯一性原理，恢復(fù)得到步驟2)得到的標(biāo)定板圖像對(duì)應(yīng)的投影儀圖像； 7)重復(fù)步驟2)、3)、4)、5)、6)得到多組不同位置的投影儀和攝像機(jī)標(biāo)定板圖像，使用傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，根據(jù)不同位置的投影儀標(biāo)定板平面圖像，獲得投影儀內(nèi)外參數(shù)； 8)根據(jù)步驟7)得到的多副不同位置的攝像機(jī)標(biāo)定板平面圖像，完成對(duì)攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定； 9)綜合步驟7)、8)中攝像機(jī)和投影儀的標(biāo)定結(jié)果，最終確定攝像機(jī)坐標(biāo)系到投影儀坐標(biāo)系的變換矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于:在步驟I)中使用編碼圓盤圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于:在步驟5)中進(jìn)行相位展開； 假設(shè)總共投射η副正弦光柵圖像，則相鄰的兩幅光柵圖像的相位差值為2 π /N，若1 表示第η幅圖像上點(diǎn)的光強(qiáng)，則有 I,, y) = a(x~ y)+b(x,. >)cos| φ(x\ r) + —(3)N 式中，a(x，y)為背景光強(qiáng)，b(x，y)為被測(cè)物體表面的反射率，Φ (x, y)為CCD攝像機(jī)捕獲的變形光柵的相位；令N至少要等于3，求解(3)式組成的方程組，得到^ Μ(χ,ν)$ η[2π(η^Ι) Ν} φ(χ, ν) = arctan---(4) J/ (jr,.v)cos[2^(w-l)/i￥] I1-***| 用三步相移法進(jìn)行測(cè)量，即N取為3，代入(4)式得到 #、，λ/3 (/’ 一 ΙΛ、 #(x, y) = arctaoC ；(5) ^ /1 ~ I 2 設(shè)4 =( I = 1,2,3,4)(6) 2π (6)式中，Λ φ (i)為相鄰像素點(diǎn)之間的包裹相位之差，int口運(yùn)算表示取距括號(hào)中數(shù)值最近的整數(shù)，規(guī)定int I ±0.5 I =0 ;則有
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，包括制作編碼光柵、搭建測(cè)量系統(tǒng)捕獲標(biāo)定板平面圖像、投射編碼光柵并采集保存、確定相位展開起始點(diǎn)、求解包裹相位并展開、恢復(fù)投影儀成像平面上的標(biāo)定板平面圖像、根據(jù)多組不同位置的投影儀標(biāo)定板平面圖像對(duì)投影儀進(jìn)行標(biāo)定、根據(jù)多幅不同位置的攝像機(jī)標(biāo)定板平面圖像對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定、根據(jù)投影儀和攝像機(jī)的標(biāo)定結(jié)果得到投影儀坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。使用編碼圓盤圖像不僅有效地確定了相位展開的起始點(diǎn)，且保證其所處的圖像區(qū)域質(zhì)量較高；而設(shè)計(jì)的相位展開方法具有抗噪功能，克服了傳統(tǒng)相位展開方法的“拉線”現(xiàn)象，具有操作簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/25GK103234482SQ20131011781
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者陸軍, 宋成業(yè), 李積江, 高樂, 孫小玲, 蘇群, 張?chǎng)? 宋景豪 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)