[发明专利]一种三维轮廓的光学混合检测方法

说明书

本发明公开了一种三维轮廓的光学混合检测方法，步骤1，通过MEMS激光投影仪实现激光光刀和光栅投影；步骤2，匹配求视差，与双目立体视觉结合进行重建。该测量方法采用MEMS投影技术实现同一个测量系统完成光刀和光栅混合测量，可以快速实现不同表面特性物体三维轮廓测量。采用同一个测量系统不增加任何硬件设备情况下实现光刀光栅两种测量方法；采用的投影装置可以快速投影多光刀，提高了测量精度与速度。

技术领域：

本发明属于光学检测领域，涉及一种三维轮廓的光学混合检测方法，是一种光刀光栅混合三维测量方法。

背景技术：

三维扫描技术应用越来越广泛，为了实现物体快速精确的三维测量，通常采用多摄像机拍摄的立体视觉方法和条纹投影的结构光方法。传统的相移轮廓术法能够测量任何曲面形状的物体，测量范围广，但该方法存在标定困难，反射率问题；双目立体视觉法测量系统简单但是存在匹配难的问题。而将这两种方法结合起来，利用相移轮廓术法测量出的绝对相位值辅助立体视觉法进行特征匹配，不仅解决了立体视觉“匹配难”的问题，另外还简化了系统结构，提高了测量精度。但是该方法测量对象具有局限性，不能测量高反物体，比如金属表面，高反表面不同角度反射率不均匀，造成局部过曝光，无法测量；

线结构光测量法是一种传统三维测量方法，属于结构光主动测量技术。线结构光测量法，又称光刀法，是以一条或多条光线(光刀)图像来重现物体三维形貌，即从光刀图像中提取光刀中心位置，然后利用三角测量原理对光刀中心逐点进行求解，来获得形面三维数据。该技术以其非接触性、灵敏度高、实时性好、抗干扰能力强、对于金属等高反表面同样可以进行测量等优点。然而其缺点在于扫描需要运动机构配合降低了测量效率及精度。虽然其测量效率低，但用于测量金属等高反物体。例如，在工业生产中，激光光刀对诸如航空发动机叶片、汽轮机叶片、伞形齿轮、螺旋齿轮等复杂精密零件的轮廓进行测量有着重要意义。

目前，由于投影装置限制，光栅法和光刀法必须用两种测量系统实现。一般光栅法为白光投影，无法实现光刀扫描；激光无法投影光栅，因而无法通过同一光源实现两种方法的混合测量。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光刀与光栅结合的三维测量方法，该测量方法采用MEMS投影技术实现同一个测量系统完成光刀和光栅混合测量，可以快速实现不同表面特性物体三维轮廓测量。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种三维轮廓的光学混合检测方法，步骤1，通过摄像机自适应识别物体表面反射率特性选择测量模式，模式一是光刀测量模式；模式二是光栅测量模式；模式三是光刀、光栅测量模式。利用MEMS激光投影装置编程投影沿摄像机基线扫描的激光光刀，投影装置发出同步信号触发摄像机拍摄物体表面反射的序列光刀图像，传输到计算机处理，再利用同样的投影装置投影可编程激光正弦光栅到物体表面，以2π/n为步长进行n次相移，同步摄像机拍摄n幅物体表面反射的光栅图，传输到计算机处理；

步骤2，在模式一中对计算机拍摄的摄像机拍摄的光刀图片和投影装置投影的光栅图片进行极线校正并提取出每条光刀中心像素坐标进行逐行匹配求视差图，通过视差图与双目立体视觉标定结果对物体进行三维重建；

在模式二中将采集的光栅图片进行极限校求出图片中每点相位并进行相位去包裹利用相位相同进行逐行匹配求视差，通过视差图与双目立体视觉标定结果对物体进行三维重建；

在模式三中则需要同时计算模式一和模式二中两种视差图，分别与双目立体视觉标定结果对物体进行三维重建得到两种三维点云数据，根据物体表面反射率特性将二者融合得到完整物体表面轮廓。所述步骤1：通过摄像机自适应识别物体表面反射率特性即测量前采集被测物光栅图片并计算灰度分布和图片的对比度，如果对比度低于设定的阈值或灰度达到255则该区域选择光刀测量模式，并将该区域设为ROI(region of interest)为后续重建做准备，剩余区域选择光栅测量模式。