[发明专利]一种光栅投影三维测量系统的误差校正方法

说明书

本发明公开了一种光栅投影三维测量系统的误差校正方法，其目的在于当测量表面反射率低的物体时，利用图像调制度中承载的物体反射率信息，对原始图像进行像素调整，从而提高相位质量。其实现步骤为：首先用相机采集受物体影响的变形条纹；然后用采集到的图像计算调制度系数I并将其进行归一化；设定分割阈值T，将所有I＜T的像素点分类，每一类中所有像素对应的I值相近；对于每一类中所有像素，可以获取若干组N个灰度值，将这些组灰度值进行求均值，可获取一组灰度值曲线；最后用该组平均灰度值来替换该类中所有像素对应的N个灰度值，完成图像的校正工作。校正之后的图像可以用于计算相位，相位信息可以最终转化为待测物体的三维信息。

技术领域

本发明涉及一种光栅投影三维测量系统误差校正方法，属于计算机视觉中三维重构的领域。

背景技术

基于光栅投影的三维测量技术FPP(fringe projection profilometry)由于其精度高，速度快，受环境光影响较小等优点，近年来受到了广泛的研究和应用。作为一种基于主动光投影的三维测量方法，FPP也有相应的局限性。其中最为明显的一个是测量系统中所采用的工业相机在实际测量过程中会产生多种噪声，该噪声会降低采集到的图片的信噪比(signal-to-noise ratio)，影响光栅图像的质量，从而影响求解的相位质量以及最终的三维重构精度。该现象尤其在测量低反射率物体时较为严重。

对于表面纹理复杂，尤其是具有较暗纹理的物体，FPP系统采集到的图片信噪比较小，从而在暗部纹理图像部分求解得的相位质量较差。针对这一问题，目前绝大部分解决方法或是通过提高相机光圈大小，快门速度和相机增益，或是整体提高投影仪投影光强，从而使得拍摄到的图片中，暗部纹理部分获得充足曝光值。该类方法可以有效提高暗部细节的相位信息，但其缺点为增加光圈大小，曝光时间和相机增益会造成部分图像饱和，即图像灰度值达到255(对于图像格式为8位的工业相机)，尤其是当物体表面纹理非常暗的时候，该类方法会造成严重的图像饱和。同时，该类方法往往需要对一个物体进行若干次测量，然后将不同的测量结果融合成为一个最终的结果。整个测量过程操作较为繁琐，且相机参数的调节难以量化。

造成暗部表面纹理对光栅图像质量有影响的主要原因有两个：相机的采样效应和随机噪声。相机的采样效应对光栅图像质量的影响可以通过使用更高位数的相机或者采用上述多重曝光和调整投影仪亮度的方法进行改善；随机噪声则需要额外设计算法进行补偿，这也是本专利的主要内容。

发明内容

发明目的：光栅投影三维测量系统在测量具有较暗纹理的物体时，会出现较为明显的相位误差。针对此问题，本发明提供一种基于对所采集的光栅条纹图像进行调制度分析并直接对图像进行校正，从而校正最终的相位误差的方法。该方法无需借助除测量系统本身以外任的硬件，也无需对同一物体进行多次测量，仅通过分析光栅条纹图的调制度信息，实现低反射率部分的相位误差补偿。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种光栅投影三维测量系统的误差校正方法，包括：

(1)用投影仪向待测物体表面投射N幅相移正弦光栅图像并用相机采集；

(2)根据采集得到的N幅相移条纹图求解调制度系数；

(3)基于调制度系数确定物体表面发射率较低的部分，对应的像素点为需要处理的像素点；

(4)将所有要处理的像素点根据调制度系数进行分类，同一类的像素点的调制度系数相近；

(5)对于每一类中若干个像素，每个像素对应一组N个灰度值，将这些像素的若干组N个灰度值对应位置进行求均值操作，然后用均值替换原像素的灰度值，实现图像校正；

(6)基于校正后的图像计算主值相位并最终求解物体的三维信息。