[发明专利]一种基于相位匹配与极线几何约束的数字投影仪投影标示方法

说明书

本发明公开了一种基于相位匹配与极线几何约束的数字投影仪投影标示方法，包括如下步骤：对相机和投影仪组成的测量系统进行标定；在物体表面投影相移条纹图和均匀灰度图；检测物体表面图像中对应于物体表面待投影标示特征的像素区域；求解相机图像中待投影标示区域中各像素的绝对相位值；计算相机图像中待投影特征区域像素在投影仪图像中对应像素的水平方向坐标；得到投影仪图像中的待投影标示区域，生成用于投影标示的图像，对物体表面进行投影标示。本发明将相位匹配与极线几何约束相结合，引入基于数字投仪的投影标示技术中，不需要在物体表面布置特征靶标，只需要向被测物体表面投影一组相移条纹图，便可实现对物体表面特征的投影标示。

技术领域

本发明属于光学定位投影标示技术领域，具体涉及一种基于相位匹配与极线几何约束的数字投影仪投影标示方法。

背景技术

在许多工业应用场景中，需要对物体表面的特征轮廓或特征区域进行投影标示，用以标示装配的位置、安装的偏差、以及物体表面的其他信息等，定位投影技术在航空航天、汽车工业等领域具有广泛的应用。常用的定位投影技术有基于视觉辅助的激光定位投影技术、基于视觉定位与数字投影仪的投影标示技术，这两种技术均是通过视觉的方法对被测物体表面的特征靶标实现识别和定位，并根据表面特征靶标的位置确定待投影区域或特征的位置，进而根据视觉定位系统与投射系统之间标定好的位置关系实现定位投影。当物体表面无法布置特征靶标用于视觉定位时，上述两种定位投影技术将难以实现定位投影的功能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于相位匹配与极线几何约束的数字投影仪投影标示方法，其通过利用投影仪图像与相机图像之间的相位匹配关系，并引入相机和投影仪之间的极线几何约束关系，实现投影标示图像的计算，通过向物体表面投射一组相移条纹图，并根据对图像中特征区域的提取实现投影图像的生成，实现物体表面特征区域的投影标示。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于相位匹配与极线几何约束的数字投影仪投影标示方法，包括如下步骤：

S1：对相机和投影仪组成的测量系统进行标定，得到相机、投影仪各自的内外参数，以及相机和投影仪之间的极线约束关系；

S2：通过投影仪在物体表面投影一组相移条纹图和一幅设定灰度值的均匀灰度图，并由相机采集物体表面图像；

S3：根据相机采集到的对应于设定灰度值的投影图像的均匀灰度图，检测物体表面图像中对应于物体表面待投影标示特征的像素区域；

S4：根据相机采集到的相移条纹图，应用相移算法和多频外插算法，求解相机图像中待投影标示区域中各像素的绝对相位值；

S5：根据投影仪图像中绝对相位与其图像坐标之间的对应关系，并根据步骤S4中获取的待投影标示区域像素的绝对相位值，计算相机图像中待投影特征区域像素在投影仪图像中对应像素的水平方向坐标；

S6：根据步骤S1中预先标定好的相机和投影仪之间的极线约束关系，以及步骤S5中计算得到的相机图像中待投影标示特征区域在投影仪图像中对应像素的水平方向坐标，得到投影仪图像中的待投影标示区域，生成用于投影标示的图像，对物体表面进行投影标示。

进一步地，所述步骤S1中相机和投影仪之间的极线约束关系具体为：

为对应于相机图像中的一点，其在投影仪图像中的对应点一定位于相应的极线上，利用相机与投影仪组成的双目系统的基本矩阵F，根据公式一所示的模型，计算相机图像中一点m在投影仪图像中所对应的极线l’。

l’＝F^Tm# (公式三)

进一步地，所述步骤S2中相移条纹图为水平相移条纹图，设定的灰度值为255。

进一步地，所述步骤S4中采用四步相移算法求解包裹相位，采用三频外插算法求解绝对相位。