[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

说明书

本发明公开了一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，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。本发明有效减少了所需投影帧数，并且通过阴影检测和阴影补偿，有效避免了测量过程中的阴影干扰的影响，从而提高了采用结构光方式测量的速度与鲁棒性。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量的技术领域，尤其涉及到一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法。

背景技术

随着计算机视觉的迅速发展，三维重建已成为计算机视觉的核心研究方向。三维重建是指对某些三维物体或者三维场景的一种恢复和重构，重建出来的模型，方便计算机表示和处理。在实际重建过程中，三维重建是对三维空间中的物体、场景和人体等图像描述的一种逆过程，由二维的图像还原出三维的立体物体、场景和动态人体。因此三维重建是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

基于结构光的三维重建在现代工业检测、测绘、智能制造、逆向工程等行业有着广泛的应用。在结构光三维测量的工业应用中，被测物表面不连续是非常常见的。然而，物体的不连续区域会产生阴影，阴影区域意味着丢失了正常的结构光信息，因此严重影响相位解包裹的准确性。常用的空域相位解包裹方法虽然测量速度快，只需3帧条纹图像即可恢复三维形貌，但鲁棒性较差。在带有阴影干扰的情况下，传统空域测量方法无法正确提取相位，并且会引起严重的误差扩散，最终无法恢复正常三维形貌。然而，时域相位解包裹方法虽然可以提高鲁棒性，但其需要增加大量投影张数，严重降低了测量效率。因此，尽可能减少投影帧数和解决阴影干扰问题是提高结构光方式测量的速度和鲁棒性的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于深度神经网络DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，此方法较传统的相位编码的三维测量方法，所需帧数更少，从而提高三维测量速度；通过阴影检测和阴影补偿可以有效解决阴影干扰问题，从而提高三维测量的鲁棒性。因此，该方法适用于实时动态的三维测量场合。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种基于DenseNet阴影补偿的彩色结构光投影三维测量方法，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。

进一步地，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；