[发明专利]基于多光束自适应互补匹配的高反光物体三维测量方法

说明书

本发明涉及双目条纹投影三维几何形貌测量的技术领域，特别涉及一种基于多光束自适应互补匹配的高反光物体三维测量方法，方法的步骤包括S1，采用左相机、右相机以及投影光机建立条纹结构光投影三维面形测量系统；S2，通过投影光机将相移条纹投影到物体上，由左相机和右相机拍摄携带几何形貌信息的条纹图像；S3，当其中一个相机获取的条纹图像存在像素值饱和的像素点时，采用另一个相机和投影光机建立的共线方程组，求得像素值饱和像素点对应的三维坐标。本发明方法计算出的三维数据无需坐标转换和预先计算刚性变换矩阵，简化了计算步骤，提高了效率。实验结果显示本方法能很好地对高反光物体进行三维重建，并且有效地扩大了重建数据的完整性。

技术领域

本发明涉及双目条纹投影三维几何形貌测量的技术领域，特别涉及一种基于多光束自适应互补匹配的高反光物体三维测量方法。

背景技术

条纹投影轮廓术(FPP)因其非接触、速度快、精度高等特点，被广泛应用于机器视觉、航空航天、工业检测、生物医疗、游戏娱乐等领域。其基本测量过程是投影一幅或一组条纹到物体上，由相机获取受物体高度调制的条纹，通过算法解调出相位信息，由相位和高度之间的映射关系以及世界坐标与图像坐标的关系获取三维信息。然而，测量反射率变化较大的物体，如具有光泽的物体或高对比度物体时，采集到的条纹会因为反光出现像素饱和，导致三维面形重建误差。

近年来，许多学者对如何利用光学方法直接对高反光物体表面三维重建进行了深入的研究，提出了许多的解决方案。陈等人通过引入两个线性偏振器，分别用于入射和反射光路，当它们的轴垂直取向时，可以消除高反射光。虽然避免了饱和，但是会整个场景的信噪比(SNR)降低。张松等人提出投影一组条纹图，将不同曝光时间所拍摄的许多条纹图进行融合，形成一个良好的条纹，其中对于图像中的每个同名像素点，选择不饱和强度最高的像素来融合成高质量的条纹图。为了收集高质量的条纹，根据相机收集到的图像自适应的改变投影光机的投射亮度也是一种方法。冯世杰等人提出了一种双相机条纹投影系统来测量反射物体，利用从不同角度观看的两个相机不太可能同时饱和的条件来互相补偿整个测量场景。刘桂华等人提出了一种单双目结构光结合的技术来获取高反光表面的三维形貌。该方法引入了图像分割技术来区分哪种单目系统适合准确地重建缺失点，因为高反光区域高度依赖于照明和视角，但是单目和双目重建的三维数据坐标系不一致，需要进行坐标转换和数据融合。王道川等人采用双立体单目系统融合方法,能重建出大面积反光的物体三维形貌，但是为了使单目和双目的融合精度匹配，需要预先得到融合区域的刚性变换矩阵，增加了系统的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于，针对条纹图像中的像素饱和点导致三维面形重建误差的问题，提出了新的解决思路，将投影光机看作一个反向相机，作为多视系统的某一“目”，增加了共线方程，用于求解物体上某一饱和像素点相应的三维坐标，因此，提出了一种基于多光束自适应互补匹配的高反光物体三维测量方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于多光束自适应互补匹配的高反光物体三维测量方法，包括以下步骤：

S1，采用左相机、右相机以及投影光机建立条纹结构光投影三维面形测量系统；

S2，通过投影光机将相移条纹投影到物体上，由左相机和右相机拍摄携带几何形貌信息的条纹图像；

S3，当其中一个相机获取的条纹图像存在像素值饱和的像素点时，采用另一个相机和投影光机建立的共线方程组，求得像素值饱和像素点对应的三维坐标。

步骤S3中共线方程组为：

s^l[u^l v^l 1]^t·M^l＝P^l[x^w y^w 1]^t·M^l，