[发明专利]一种基于正弦光栅投影的自适应照明优化方法

说明书

本发明涉及一种基于正弦光栅投影的自适应照明优化方法，包括：利用投影仪将计算机生成的7个具有不同频率数的正弦光栅条纹投射在三维目标物体表面；参考条纹受到三维物体深度的调制会发生条纹畸变，分别获取对应的7个畸变条纹；利用傅里叶变换在频域中分别提取7对畸变条纹和参考条纹的基频分量，得到在空间中连续分布的解压相位；建立起投影仪和相机之间的像素匹配；将相机分别采集的7个畸变图像作为处理前的图像，通过投影仪的反比例补光将处理后的图像投射在物体表面；对于每种不同的光栅投影，选出效果最好的迭代图像结果，将分别得到的7个自适应照明图像结果进行黑暗/饱和像素数的比较选出最优化的自适应照明方式。

技术领域

本发明涉及一种自适应照明优化方法，属于自适应光学领域。

背景技术

对于8-bit数字相机，当被测场景有高反射率和低反射率的不同部分时，采集得到的图像只包含8-bit有限的像素信息，如果增加曝光使得低反射率的部分清晰，而高反射率的部分则变得饱和；反之，如果减少曝光使得高反射率的部分清晰，而低反射率的部分则变得黑暗，因此在特定照明条件下高反射或者低反射的部分会出现极亮或极暗的区域，造成像素信息的丢失，对后续的决策和执行造成极其不利的影响。

传统的方法多采用手动调节照明设备亮度的方式避免曝光过度，然而这种手动调节方式不适用于工业自动化，而且不具有普遍性。基于此，自适应照明技术在机器视觉的应用中显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种可以避免不同反射表面对机器视觉决策和分析造成不利影响的自适应照明优化方法。本发明的技术方案如下：

一种基于正弦光栅投影的自适应照明优化方法，包括下列步骤：

(1)投影幕布作为参考平面，将投影仪和相机非同轴放置在幕布的同侧，利用投影仪将计算机生成的7个具有不同频率数的正弦光栅条纹投射在三维目标物体表面，这7个正弦光栅条纹即为7种基于正弦光栅投影的自适应照明方式；

(2)参考条纹受到三维物体深度的调制会发生条纹畸变，利用CCD相机分别获取对应的7个畸变条纹，推导出物体深度和条纹相位变化的关系；

(3)利用傅里叶变换在频域中分别提取7对畸变条纹和参考条纹的基频分量，再利用逆变换将提取的基频分量转换回时域，得到在-π到π区间的折叠相位，通过相位解压算法将不连续分布的折叠相位转化成在空间中连续分布的解压相位；

(4)对于每一对畸变条纹和参考条纹，将解压相位代入相位和深度的转换公式中得到每一个像素点的深度值，进而得到在7个具有不同频率数正弦光栅投影的情况下目标场景的重构图，即建立起投影仪和相机之间的像素匹配；

(5)将相机分别采集的7个畸变图像作为处理前的图像，通过投影仪的反比例补光将处理后的图像投射在三维目标物体表面，将此过程重复多次以突出原始获取场景中的黑暗部分，遮蔽饱和的部分，称此过程为黑暗/饱和像素数的比较过程；

(6)对于每种不同的光栅投影，选出效果最好的迭代图像结果，将分别得到的7个自适应照明图像结果进行黑暗/饱和像素数的比较选出最优化的自适应照明方式。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1>解决了8bit相机对多反射场景采集时像素丢失的弊端，避免了不同反射表面对机器视觉决策和分析造成的不利影响；

2>采用本发明的方法，投影仪根据相机的反馈在物体表面投射反比例强度的照明以突出原始获取场景中的黑暗部分，遮蔽饱和的部分；

3>本发明投射7个具有不同频率数的正弦光栅条纹，通过比较得到最佳的自适应照明方法，对单一的自适应照明方法进行了优化；