[发明专利]基于相移的彩色编码光栅视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明属于三维视觉测量技术，尤其涉及一种基于相移的彩色编码光栅视觉测量方法。

背景技术

视觉检测技术具有大量程、非接触、速度快、系统柔性好、精度高等优点，广泛应用在物体三维形貌测量领域。常用的视觉检测方法有：立体视觉检测方法和结构光视觉检测方法。对于立体视觉检测方法而言，立体匹配是立体视觉检测最为关键的问题，但至今为止仍未找到通用的立体匹配算法，尤其对表面无明显特征的被测物来讲，很难完成立体匹配。对于结构光视觉检测方法而言，其具有快速、精确、抗干扰性好等优点，且结构光视觉传感器结构光简单、经济、易于实现，是主动视觉检测中应用最广泛的一种检测方式。但是，结构光视觉传感器的标定工作较为繁琐，往往需要借助外部设备来获得光平面上的高精度特征点。当采用光栅结构光进行测量时，对于光栅结构光来说，多个光平面的标定工作更加繁琐，而且存在多个光平面的识别问题。

国内外学者对光栅结构光的编码方法进行了大量研究工作，一般可以将结构光编码方法分为三类：(1)时间多元编码；(2)空间邻域编码；(3)直接编码。

其中，时间多元编码是目前应用最广的编码方式之一，它通过在被测物表面在不同时刻投射一系列不同的编码图样，由摄像机相应地拍摄不同编码图样的图像来进行编码。这类编码方法有空间二分编码法、空间n进制编码方法、格雷码法等，这些方法均需要拍摄多幅编码图像，数据处理量大，且只适用于静态测量。

空间邻域编码方法采用一幅图像即可完成编码，某点的码值由该点及其周围相邻的点来决定，包括M序列编码技术、彩色二进制编码法、标志点编码方法等。这类方法虽然只需一幅图像即可完成编码，但由于受摄像机分辨率的限制，光栅间隔不能太小，因此，这类方法只能对物体进行粗线条测量，不能获得物体表面有些点的三维数据，即不能完成物体致密测量。

直接编码方法利用一幅图像中每个像素的特征信息具有唯一性的特点进行编码，但由于该编码方法采用大量的颜色或灰度信息，或利用周期性完成编码，因此对噪声比较敏感。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于相移的彩色编码光栅视觉测量方法，解决了立体视觉检测方法中立体匹配的难题，同时提高了测量数据的致密程度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于相移的彩色编码光栅视觉测量方法，该方法包括以下步骤：

a、采用两台彩色CCD相机和一个彩色光栅投射器组成视觉传感器，并标定两台彩色CCD相机的内部参数和外部参数；

b、生成按一定顺序排列的彩色光栅图样并对其编码，并通过光栅投射器向被测物投射彩色光栅图样；其中彩色光栅图样的编码方法为：将n个不同颜色的彩色光条采用插入法进行全排列，得到n！个排列；然后从n-1个光条插入后构成的(n-1)！排列中任意选相邻的2个排列，在这2个排列上插入第n个光条，构成2n个排列，每个排列有n个不同颜色的光条；再将此2n个排列排成一排，构成有n种不同颜色、数量为2n2个的光条序列；该光条序列中任意一根光条利用相邻的另外n-1根光条，根据不同的颜色来识别，获得唯一编码；其中，n＝2，3，4…，

c、两台彩色CCD相机分别拍摄编码光栅图像；

d、对拍摄到的编码光栅图像进行解码，获得图像上每根光条唯一的编码值；

e、在两台彩色CCD相机拍摄的图像中选取两幅图像，搜索同时满足编码相同和极线约束的点作为一对匹配点，根据双目立体视觉模型，解算物体表面三维数据；

步骤c所述两台彩色CCD相机拍摄编码光栅图像之后，该方法进一步包括：彩色光栅图样进行一次相位移动，之后重复步骤c至光栅图样相位移动前的步骤，直至满足移动结束条件。

较佳地，所述移动结束条件为：光栅图样相位移动一个周期。

较佳地，步骤e中所述选取的两幅图像为：选取两台彩色CCD相机拍摄的同一相位光栅的两幅图像。

本发明提供的基于相移的彩色编码光栅视觉测量方法，具有如下优点和特点：

1、本发明将编码光栅引入到双目立体视觉中，利用编码光栅确定匹配点，解决了立体视觉检测方法中对无明显特征被测物测量时立体匹配关键问题；

2、本发明利用插入法进行全排列时的规律，对不同颜色的光条进行排序，只需一幅图像即可完成光栅结构光的编码，且对测量设备的要求较低，简单易实现；

3、编码光栅图样能以多个不同相位偏移，从而可进行多次测量，因此能实现对物体表面的致密测量。

附图说明