一種自適應(yīng)多頻時(shí)空彩色編碼的光學(xué)三維輪廓測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)三維輪廓測(cè)量方法，尤其是一種自適應(yīng)多頻時(shí)空彩色編碼的光學(xué)三維輪廓測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)三維輪廓測(cè)量技術(shù)一直是三維傳感與計(jì)量領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、文化遺產(chǎn)保護(hù)等方面。由于其具有非接觸、非破壞、速度快、精度高等特點(diǎn)，使其成為最為理想的輪廓形貌測(cè)量手段。
[0003]結(jié)構(gòu)光三維輪廓測(cè)量方法，根據(jù)投射到物體上的光場(chǎng)以及投影系統(tǒng)、采集系統(tǒng)與被測(cè)物基準(zhǔn)的幾何關(guān)系解調(diào)出被測(cè)物場(chǎng)的三維信息。對(duì)投影出的每根條紋需要進(jìn)行編碼，以相互區(qū)別。編碼可分為空間編碼和時(shí)間編碼。空間編碼法一般采用彩色圖案，且僅需一次投射就可獲得被測(cè)物體的深度圖像，適合于動(dòng)態(tài)測(cè)量，但目前分辨力還不能滿足要求，編碼圖案易受景物表面特性不同而產(chǎn)生的噪聲點(diǎn)影響，發(fā)生譯碼錯(cuò)誤；另外，彩色圖案的使用會(huì)引入RGB通道錯(cuò)位誤差和串色，降低測(cè)量精度。時(shí)間編碼常用二進(jìn)制編碼將多次不同的投射圖案編碼序列組合起來(lái)進(jìn)行解碼，解碼錯(cuò)誤率低，但其方法要求投射空間位置保持不變，并進(jìn)行多次投射，因此測(cè)量速度受到影響。
[0004]綜上所述，需要選取一種合適的方法，在同等投影條紋密度下，既能保證測(cè)量精度和解碼可靠性，又能提高編碼速度。因此，十分必要研宄一種能夠協(xié)調(diào)或解決上述問(wèn)題的三維輪廓測(cè)量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種自適應(yīng)多頻時(shí)空彩色編碼的光學(xué)三維輪廓測(cè)量方法，其能夠保證測(cè)量效率的前提下，解決彩色編碼測(cè)量精度和解碼可靠性問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0007]這種自適應(yīng)多頻時(shí)空彩色編碼的光學(xué)三維輪廓測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0008]I)首先對(duì)被測(cè)物體投射白色圖像，通過(guò)對(duì)拍攝圖像的RGB通道的分析得出物體表面的反射特性，并根據(jù)反射特性自適應(yīng)選取編碼彩色通道；
[0009]2)根據(jù)上述選取的編碼顏色通道生成多頻彩色空間編碼圖案:首先選取編碼彩色通道中反射率高且均勻的通道作為最高頻通道，僅對(duì)該通道的條紋圖案進(jìn)行條紋提?。粚⑵溆嗟耐ǖ雷鳛榫幋a通道；
[0010]3)利用二進(jìn)制格雷碼以上述空間編碼圖案的每周期為單位對(duì)多周期條紋進(jìn)行時(shí)間編碼；或者，用一幅彩色圖像中的一個(gè)通道代替二進(jìn)制編碼的一幅圖像；
[0011]4)將上述時(shí)空彩色編碼條紋使用數(shù)字投影設(shè)備投射至被測(cè)物體表面，并用彩色相機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行采集；
[0012]5)對(duì)格雷編碼圖像進(jìn)行解碼，得到空間編碼每個(gè)周期的編碼碼值；將拍攝到的空間編碼圖像中最高頻率通道的灰度圖像取出，根據(jù)各通道間條紋頻率的差異進(jìn)行串色矯正，對(duì)串色矯正后的灰度條紋圖像進(jìn)行條紋中心提?。煌ㄟ^(guò)其余通道圖像的分析，對(duì)提取條紋中心位置在空間編碼周期內(nèi)進(jìn)行解碼，并最終得到每根最高頻率條紋中心的編碼值；
[0013]6)利用提取條紋中心及結(jié)構(gòu)光三維輪廓測(cè)量方法解算被測(cè)物體的輪廓信息。
[0014]進(jìn)一步，使用自適應(yīng)選取的顏色通道生成多頻彩色周期性條紋圖案和格雷編碼圖案，并將兩者相結(jié)合投射進(jìn)行測(cè)量，并且結(jié)合彩色條紋具有周期性且各通道頻率不同的特點(diǎn)濾除串色干擾。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]由于本發(fā)明使用了多頻彩色時(shí)空編碼，在保證一定測(cè)量效率的前提下降低了彩色編碼測(cè)量誤差及誤碼率，有效解決彩色結(jié)構(gòu)光編碼三維輪廓測(cè)量中精度差、可靠性低的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的測(cè)量裝置原理圖；
[0018]圖2是本發(fā)明中的自適應(yīng)多頻彩色時(shí)空編碼實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0019]圖3是多頻彩色空間編碼示意圖；
[0020]圖4是格雷碼彩色編碼示意圖；
[0021]圖5是編碼投影圖像(以待提取中心條紋32根為例)；其中(a)是編碼條紋圖像，(b)是編碼條紋的截面歸一化光強(qiáng)分布；
[0022]圖6是圖5中所示投射條紋的解碼示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明自適應(yīng)多頻時(shí)空彩色編碼的光學(xué)三維輪廓測(cè)量方法采用的技術(shù)方案是:首先通過(guò)對(duì)被測(cè)物體投射白色圖像，并自適應(yīng)得出適合物體表面反射特性的編碼通道；然后采用多頻多色條紋構(gòu)成周期性組合條紋，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的空間彩色編碼圖案，完成對(duì)條紋的局部空間編碼；最后利用格雷二進(jìn)制編碼對(duì)上述空間編碼的周期進(jìn)行時(shí)間編碼，為進(jìn)一步提高效率，還可用彩色圖案中的某一個(gè)通道代替其中一幅黑白圖案。投射上述編碼圖案對(duì)輪廓進(jìn)行測(cè)量，得到被測(cè)對(duì)象的三維輪廓數(shù)據(jù)。其具體步驟如下:
[0024]I)首先對(duì)被測(cè)物體投射白色圖像，通過(guò)對(duì)拍攝圖像的RGB通道灰度變化的分析得出物體表面的反射特性，并根據(jù)反射特性自適應(yīng)選取編碼通道；
[0025]2)根據(jù)上述選取的編碼顏色通道生成多頻周期性彩色空間編碼圖案:首先選取編碼通道中反射率高且較均勻的通道作為最高頻通道，這樣該通道的條紋圖案成像質(zhì)量較好；僅對(duì)該通道的條紋圖案進(jìn)行條紋提取，這樣可避免由于RGB通道錯(cuò)位帶來(lái)的誤差；將其余的通道作為編碼通道，這些通道中條紋的頻率互不相同，但均低于最高頻率通道的條紋頻率，且需滿足最高頻率是其他編碼條紋頻率的整數(shù)倍，這樣能最大限度保證條紋中心的解碼可靠性；另外，可根據(jù)各通道中的頻率不同的特點(diǎn)對(duì)通道間的串色進(jìn)行矯正。
[0026]3)為了進(jìn)一步提高解碼的可靠性，一般上述空間編碼條紋圖案的周期不易過(guò)長(zhǎng)，因此再利用二進(jìn)制格雷碼對(duì)上述空間編碼圖案的周期進(jìn)行時(shí)間編碼；另外，為提高測(cè)量效率，亦可用一幅彩色圖像的一個(gè)通道代替二進(jìn)制編碼的一幅灰度圖像。
[0027]4)利用數(shù)字投影設(shè)備將上述時(shí)空編碼圖案投射至被測(cè)物體表面。
[0028]5)對(duì)格雷編碼圖像中空間編碼的每個(gè)周期進(jìn)行識(shí)別和解碼。
[0029]6)將空間編碼拍攝圖像最高頻率通道的灰度圖像取出，先根據(jù)頻率信息進(jìn)行串色矯正，對(duì)矯正后的灰度圖像進(jìn)行條紋中心提取；通過(guò)其余兩個(gè)通道圖像的分析，對(duì)提取條紋中心所在位置進(jìn)行空間編碼周期內(nèi)的解碼，結(jié)