[发明专利]一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法

权利要求书

1.一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，其特征在于，首先通过投影仪向参考平面投射彩色结构光，利用彩色CCD相机获取具有彩色结构光条纹的背景图像，接着将被测物放置参考平面上方，并利用彩色CCD相机获取具有彩色结构光条纹的被测物条纹图像，然后彩色CCD相机将背景图像和被测物图像传输至计算机，计算机对以上图像进行阴影检测和消除各通道的串扰，接着进行阴影补偿，最后利用三步相移法和相位-高度映射关系得到被测物的三维测量数据；

包括以下步骤：

S1、对三维测量系统进行标定，得到a，b，c标定参数；

S2、投影仪向参考平面投射一幅彩色正弦条纹结构光，其中相邻的红、绿、蓝通道中的正弦条纹结构光的相位差为并用彩色CCD相机采集一帧背景条纹图像background；

S3、将被测物置于参考平面上方，投影仪向被测物投射与步骤S2中所述的彩色正弦条纹结构光，并用彩色CCD相机采集一帧被测物条纹图像object；

S4、将被测物条纹图像object输入到DenseNet阴影检测网络，其输出为标记阴影区域的二值掩膜图像shadow，其中阴影像素的值为1，非阴影像素的值为0；

S5、背景条纹图像background和被测物条纹图像object通过补偿公式消除各通道的串扰，然后矫正各个通道的强度；

S6、利用背景条纹图像background、被测物条纹图像object和标记阴影区域的二值掩膜图像shadow进行阴影补偿处理，得到补偿后被测物图像object_c；

S7、通过三步相移法分别求出背景条纹图像background和补偿后被测物图像object_c的像素相位值，分别表示为和其解包裹相位计算公式为：

其中，I_R、I_G、I_B分别为图像红、绿、蓝通道的像素灰度值矩阵，I(x,y)为图像中第x行第y列的像素灰度值，k为条纹级数；其相位差可表示为：

S8、根据相位-高度映射公式：

上式中，a，b，c为标定参数，可得到被测物表面的高度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，其特征在于，所述步骤S4将被测物条纹图像object输入到DenseNet阴影检测网络进行检测的具体过程如下：

S4-1、利用DenseNet网络从输入图像中提取四种不同尺寸的卷积特征；

S4-2、嵌入方向感知上下文模块，分别为步骤4-1所述四种不同尺寸的特征生成方向感知上下文特征；

S4-3、将步骤4-2所述的方向感知上下文特征与其对应卷积特征拼接起来，然后将拼接后的特征进行卷积核尺寸为1×1的卷积操作并上采样成与输入图像大小相同；

S4-4、利用深度监督机制对步骤4-3所述的拼接后的特征生成预测的阴影掩膜图，并融合得到最终的阴影掩膜图；在训练网络时，使用交叉熵损失函数进行训练。

3.根据权利要求2所述的一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，其特征在于，所述步骤S4-2的具体过程如下：

S4-2-1、将输入的特征进行卷积核尺寸为1×1的卷积操作，并利用IRNN模块产生上、下、左、右方向的特征；

S4-2-2、将步骤S4-2-1所述方向的特征拼接起来，进行卷积核尺寸为1×1的卷积操作；

S4-2-3、进行卷积核尺寸为1×1的卷积操作，然后执行ReLU非线性运算，生成方向感知上下文特征。

4.根据权利要求1所述的一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，其特征在于，所述步骤S6利用背景条纹图像background、被测物条纹图像object和标记阴影区域的二值掩膜图像shadow进行阴影补偿处理，得到补偿后被测物图像object_c的具体过程如下：

S6-1、对二值掩膜图像shadow取反得到反向图像shadow_inv；

S6-2、用二值掩膜图像shadow与背景条纹图像background的各通道分别进行图像代数乘法运算，得到阴影背景条纹图像background_new；

S6-3、用反向图像shadow_inv与被测物条纹图像object的各通道分别进行图像代数乘法运算，得到无阴影被测物图像object_new；

S6-4、用阴影背景条纹图像background_new与无阴影被测物图像object_new进行图像代数加法运算，最后得到阴影补偿后被测物图像object_c。