[发明专利]一种光学的成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学的成像方法。

背景技术

光学三维成像技术是机器视觉研究方面中的重要部分，作为自动化技术的“眼睛”，在诸多领域中有着极其广泛的应用。高解析度光学三维成像系统能够在由投影装置的投影光路与摄像机的接收光路共同组成的有效视场范围内，获取被测物体表面更多的三维数据，从而达到三维空间的高采样精度的目标。目前在主动机器视觉领域采用以下几种高解析度光学三维成像的方法并存在各自的问题：（1）采用增加投影的结构光条纹数量的方法，当投影条纹的数量越多，单条投影条纹的宽度就越窄，受成像装置自身的成像分辨率和物体本身凹凸起伏前后遮挡的限制，当条纹数量过多或者单条结构光条纹宽度过窄时，造成计算机识别非常困难，后续处理复杂。（2）采用移动光学三维成像装置或移动被测物体的方法，需要较大体积且精度很髙的机械扫描装置，导致整个成像系统的体积庞大、结构复杂，成本很高。（3）采用旋转摆镜改变投影装置投影光路或者成像装置接收光路的方法，由于附加了光学扫描装置，系统结构复杂。（4）采用插值细分的方法，后续处理复杂，且插值所获得的数据与实际数据有一定的误差。（5）釆用相位移法虽然也能够获取高解析度的三维面形，但是需要已知参考面的相位，求解运算过程非常复杂，存在交越误差。

经对现有技术的文献检索发现，刊登在《OpticalEngineering》（光学工程）42(12)（2003),3595-3599上的文章“highspeedthree-dimensionprofilometryutilizinglaserdiodearrays”(基于激光阵列的髙速三维面形成像的方法)，曾提出这样一种面阵条纹投影装置：以一百个激光器分成平行的五排，每排二十个激光器以纵向中心间距十毫米排列，五条柱面镜平行安装在每排激光器阵列中心线上，横向每间隔两排的激光器偏移两毫米，投影装置分别以三个、十个或二十五个为一组同时点亮发出三条、十条或二十五条平行的线激光，从而依次开/关一百个激光器，并利用光学三角测量的方法获取被测物体表面三维信息，在1秒钟内能实现解析度为100线的三维成像。但是，上述装置结构较为复杂，对激光器本身质量及其安装要求很髙，装置制造和加工困难，成本高。

发明内容

为解决上述现有的缺点，本发明的主要目的在于提供一种实用的光学的成像方法,使其实现对被测物体的高解析度三维成像，可用于设计和制造结构简单、体积小、信息处理简单和成本较低的高解析度三维面形传感器。

为达成以上所述的目的，本发明的一种光学的成像方法,采取如下技术方案：

一种光学的成像方法，其特征在于，包括以下步骤，

1）釆用平行移动面阵条纹的扫描方式，投影仪生成的投影图像中的面阵条纹是黑白相间的二值结构光条纹阵列；

2）投影图像中的单条结构光条纹宽度为B，前后相邻两条结构光的间隔为W，面阵条纹按步距B和步进频率f沿投影仪的垂直扫描方向步进平行移动，其中B、W和b的单位为投影伩沿该扫描方向上的单个象素；

3)预先计算出摄像机在三维成像的有效视场范围内的分辨率和投影图像中结构光条纹宽度B、间隔W和步距b在三维成像的有效视场范围内经投影放大后的尺寸；

4）在三维成像的有效视场范围内，投影仪生成的结构光条纹宽度B,间隔W从和步距b经投影放大后的尺寸大于等于摄像机在结构光条纹宽度方向上的最低分辨率；

5)在三维成像的有效视场范围内，面阵条纹充满摄像机的视场，摄像机按频率F序列拍摄被测物体表面上的步进频率为f的变形条纹图像,经图像釆集卡按频率F序列采集到计算机，利用光学三角测量的手段，获取变形条纹对应的三维坐标值；摄像机拍摄频率F是面阵条纹步进频率f的两倍以上；

6)累积计算来实现对被测物体的高解析度三维成像。