[发明专利]基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法

说明书

技术领域

本发明属于投影仪和相机非线性响应相关领域。涉及到正弦条纹光栅合成的问题。具体为一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法。

背景技术

光学三维测量在工业自动检测、产品质量控制、逆向设计、生物医学、虚拟现实、文物复制、人体测量等众多领域中具有广泛应用。这种巨大的应用需求，促使了多种光学测量技术的快速发展。随着计算机技术、数字图像获取设备和光学器件的发展，很多三维光学测量技术已经进入商业应用的成熟阶段，同时新的三维测量方法还在不断涌现。基于条纹投影的光学三维面形测量方法具有非接触、高精度、高速度等特点，已广泛用于机器视觉、面形检测、实物仿形、产品质量控制、生物医学等领域。

结构光测量系统的测量误差有两个主要来源:相移误差和非正弦波形误差。相移误差是由于相移步距的不准确所致,它常常是不可避免的,但可通过采用精密的相移装置和测量过程中采用实时相移校正技术来降低。随着数字显示技术的发展,商业化的数字投影仪(DLP)在结构光测量系统中得到广泛应用。数字投影仪投射光栅可以消除相移误差,但是由于设计原因,投影仪和相机均具有灰度非线性失真的性质,使得拍摄得到的正弦光栅投影条纹不具有良好的正弦性,随之会给测量带来相位误差。投影仪具有的非线性失真,称为伽马失真,既是投影仪的输入输出呈现指数函数响应关系。伽马失真将成为影响测量系统测量精度的主要因素。

现有的减小伽马非线性引起的测量误差的方法包括:利用数学方法直接处理伽马非线性；增加相移步数减小误差；采用查表法预先设定误差；基于样条曲线拟合法。这些方法可以大大提高测量精度，但是也存在一些缺陷：样条拟合法在相位计算时需要经过多次迭代，运算量较大；增加相移步数意味着投影图片数量的增加；查表法在标定投影仪伽马值的过程中需要大量时间。针对这一问题本发明提出了一种基于二进制模型，解决非线性问题。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法。能够克服投影仪和相机非线性响应并通过二进制法将理论二进制图片叠加生成正弦光栅。

技术方案

本发明首先生成一个正弦光栅图片，再通过二进制的方法，将1张正弦光栅图片分解为8张二进制图片。根据二进制的分解原理，每张二进制图像的每个点代表原正弦光栅各个点进行二进制后的一个位，取值只能为0或1。通过投影8张二进制图片，最终将8张二进制图片合成一张正弦光栅图片。

本发明的技术方案为：

所述一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：生成至少两个周期的正弦光栅条纹图片A；

步骤2：根据二进制重构公式：

I(x,y)=Σi=182(8-i)Mi(x,y)]]>

将正弦光栅条纹图片A重构分解为8张二进制图片{M_i}(i＝1,2…,8)，其中（x,y）表示图片A中像素点的坐标值，I(x,y)表示正弦光栅图片A各点的灰度值，M_i表示重构得到的二进制图片，8张二进制图片组成图片组B；在二进制图片M_i中，当M_i(x，y)＝0时，该点(x,y)的灰度值为0，当M_i(x，y)＝1时，该点(x,y)的灰度值为255；

步骤3：将图片组B中的每张二进制图片分别投影到被测物体上，并通过CCD相机分别拍摄被测物体上的投影图片，得到8张投影图片，8张投影图片组成图片组C；利用大津阈值法对图片组C中的每张投影图片做二值化处理，处理后得到的8张二进制图片组成图片组D；