[发明专利]基于全自动曝光的高动态范围光栅投影三维测量方法

权利要求书

1.一种基于全自动曝光的高动态范围光栅投影三维测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1.使用投影仪在表面纹理复杂的待测物体上投射所需的N幅标准相移正弦光栅图像I,对N幅条纹图进行采集,此时相机的曝光时间为t₁；

S2.对于步骤S1中采集得到的条纹图，求解条纹图的调制度I″并计算相机的噪声响应曲线，获取相机的最大噪声标准值σ；

S3.在考虑噪声的情况下，由噪声引起的相位误差的标准差σ_φ,相移步数N，相机噪声标准差σ以及调制度I”之间有如下关系：

S4.确定每一次测量的具体曝光时间；

S5.确定一共需要的曝光次数M；

S6.将采集图片中的所有像素进行分类：根据曝光时间为t₁时求得的调制度I”以及ratio，将采集图片中的所有像素分为M类：G_i，i＝1，2，…M，第i类像素G_i的调制度系数范围为(I_t”ratio^i-1,I_t”ratio^i-2)，该类像素可以在曝光时间为t_i时得到准确测量；

S7.获取最终相位信息：计算得到所需的一组曝光时间t_i，i＝1，…M后，测量系统自动在这些曝光时间下拍摄M组相移图，每一组相移图根据相移算法获取一个相位图，相位的计算公式为：

针对图像中的每一个像素，根据上述的分类规则在相应的相位图中选择高质量的相位，最终获取一幅融合之后的主值相位图；

S8.对主值相位进行展开得到绝对相位，根据经典光栅投影的相位到高度的转换公式，最终求得测量物体的三维信息。

2.根据权利要求1所述的基于全自动曝光的高动态范围光栅投影三维测量方法，其特征在于，步骤S1中所述的使用投影仪在表面纹理复杂的待测物体上投射所需的N幅标准相移正弦光栅图像I的具体方法是：根据主动光投影三维测量系统中的硬件三角关系固定投影仪和摄像机，将表面纹理复杂的待测物体放置在合适的位置，使用投影仪在物体上投射所需的N幅标准相移正弦光栅图像I，条纹灰度值设置为：

其中，I(i,j)为正弦光栅图像I在第i行第j列处的灰度值，p为光栅条纹周期，为光栅的相移量。

3.根据权利要求1所述的基于全自动曝光的高动态范围光栅投影三维测量方法，其特征在于，步骤S1中所述的对N幅条纹图进行采集的具体操作是：将摄像机的光圈大小，曝光时间和感光度进行合理设置，使得采集回来的图像不会出现图像饱和，即图像中最亮区域灰度值小于255，在此相机参数下对N幅条纹图进行采集,此时相机的曝光时间为t₁，采集到的条纹灰度值为：

I_n＝I′+I″cos[φ+2πn/N]，

其中，n＝1,2,...,N，I_n为采集到的第n幅图像的灰度值，I′为背景光强，I″为调制度，φ为待求的主值相位分布。

4.根据权利要求1所述的基于全自动曝光的高动态范围光栅投影三维测量方法，其特征在于，步骤S2中所述的求解条纹图的调制度I″并计算相机的噪声响应曲线的具体方法是：

S21.对于采集到的N幅相移条纹图I_i,i＝1,2,..,N，根据公式

其中δ_i是每一步的相移量；

S22.对于相机噪声水平曲线的获取，对任意一个场景拍摄数N₁次， 根据如下公式计算噪声的标准差σ：

其中I为拍摄的正弦光栅图像，μ为同一像素在N₁幅图像中的均值，求得每个像素的均值之后，可以获取σI的关系，此关系即为相机的噪声水平曲线。