一种基于彩色光栅的三维测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于彩色光栅的三维测量方法及系统，所述测量方法包括：基于彩色光栅条纹图提取包裹相位之后，对包裹相位图的图像像素进行灰度变换，以使得包裹相位图灰度值均匀化。相比于现有技术通过拍摄额外的背景图像计算出串扰误差补偿矩阵，来抵消通道之间的非线性误差的方法，本发明专利技术一方面不需要拍摄额外的图像以避免降低测量效率，另一方面，通过直接对包裹相位进行校正，而不是从光强入手对图像进行校正，避免了修正过度产生新的误差。避免了修正过度产生新的误差。避免了修正过度产生新的误差。

A three-dimensional measurement method and system based on color grating

【技术实现步骤摘要】
一种基于彩色光栅的三维测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及光学
，具体涉及一种基于彩色光栅的三维测量方法及系统。

技术介绍

[0002]条纹投影轮廓术以其非接触式，测量速度快等特点在三维测量中应用广泛。其中彩色条纹光栅由于一副图像可以包含三幅条纹图像信息，使三维测量速度显著提升。但由于彩色图像各个颜色通道之间存在串扰，导致测量过程出现干扰较大的非线性误差。为解决这一问题，现有技术通过拍摄额外的背景图像计算出串扰误差补偿矩阵，来抵消通道之间的非线性误差。但该类方法主要从光强入手对图像进行二次修正，一方面容易出现修正过度产生新的误差，另一方面需要拍摄额外的图像降低了测量效率。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于彩色光栅的三维测量方法及系统，提高测量效率的同时提高了彩色光栅的非线性误差的校正效率。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种基于彩色光栅的三维测量方法，所述测量方法包括：基于彩色光栅条纹图提取包裹相位之后，对包裹相位图的图像像素进行灰度变换，以使得包裹相位图灰度值均匀化。
[0005]在一种实施方式中，所述对包裹相位图的图像像素进行灰度变换，采用直方图均衡化方法，包括：
[0006]获取包裹相位图中灰度值的概率分布；
[0007]根据灰度值的概率分布计算出灰度值的累积概率分布；
[0008]根据灰度值的累积概率分布将图像的灰度值进行均衡化映射。
[0009]在一种实施方式中，所述基于彩色光栅的三维测量方法包括：
[0010]采集经待测物体调制的变形彩色条纹图，所述彩色条纹图包括一幅三步相移条纹图和一幅灰度编码条纹图；
[0011]基于三步相移条纹图利用相移算法提取包裹相位，基于灰度编码条纹图获得相位展开级次；
[0012]基于包裹相位图进行所述灰度变换过程；
[0013]基于灰度变换后的包裹相位图和所述相位展开级次获得绝对相位，基于绝对相位获得三维测量结果。
[0014]在一种实施方式中，所述灰度编码条纹图采用四级灰度编码条纹图。
[0015]在一种实施方式中，所述四级灰度编码条纹图的R通道图像和B通道图像的强度分别为：
[0016][0017][0018]式中，ceil(m)表示对m向上取整；CS(i)，(i＝1，2，3，4)代表四级灰度编码，T为相移条纹周期。
[0019]在一种实施方式中，所述基于灰度编码条纹图获得相位展开级次，包括：
[0020]基于一个四级灰度编码条纹图G1(x,y)和预设四级灰度阈值获取K1(x,y)；
[0021]获取另一个四级灰度编码条纹图G2(x,y)的K2(x,y)，
[0022]式中，C1和C2分别是CS1和CS2的编码码字；
[0023]基于K1(x,y)和K2(x,y)获取相位展开级次K(x,y)，
[0024]K(x,y)＝K1(x,y)+K2(x,y)；
[0025]在一种实施方式中，所述基于灰度变换后的包裹相位图和所述相位展开级次获得绝对相位Φ(x,y)，包括：Φ(x,y)＝φ(x,y)+2πK(x,y)，其中φ(x,y)为提取的包裹相位。
[0026]为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种基于彩色光栅的三维测量系统，该系统包括：
[0027]三维测量投影模块，用于利用投影仪将预先编码的一幅三步相移彩色光栅图和一幅灰度编码条纹图先后投影到被测物表面；
[0028]图像采集模块，用于利用彩色相机采集经待测物体调制的变形条纹图；
[0029]变形条纹图信息提取模块，用于基于三步相移条纹图利用相移算法提取包裹相位，基于灰度编码条纹图获得相位展开级次；
[0030]变形条纹图优化模块，用于基于包裹相位图进行所述灰度变换过程；
[0031]三维建模模块，用于基于灰度变换后的包裹相位图和所述相位展开级次获得绝对相位，基于绝对相位获得三维测量结果。
[0032]本专利技术的基于彩色光栅的三维测量方法及系统，具备如下有益效果：相比于现有技术通过拍摄额外的背景图像计算出串扰误差补偿矩阵，来抵消通道之间的非线性误差的方法，本专利技术一方面不需要拍摄额外的图像以避免降低测量效率，另一方面，通过直接对包裹相位进行校正，而不是从光强入手对图像进行校正，避免了修正过度产生新的误差，提高了彩色光栅的非线性误差的校正效率。
附图说明
[0033]图1是本申请实施例基于彩色光栅的三维测量方法的投影设备和彩色相机位置关系示意图；
[0034]图2是本申请实施例基于彩色光栅的三维测量方法的流程图；
[0035]图3是三步相移条纹图和灰度编码条纹图及其通道图像示意图；
[0036]图4是三步相移条纹图相位分布密度示意图；
[0037]图5是两个四级灰度编码条纹图的全周期序列；
[0038]图6是本申请实施例基于灰度编码条纹图获取相位展开级次的方法流程图；
[0039]图7是本申请实施例基于彩色光栅的三维测量系统的结构框图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0041]参见图1
‑
6，本申请实施例提供了一种基于彩色光栅的三维测量方法，所述测量方法包括：基于彩色光栅条纹图提取包裹相位之后，对包裹相位图的图像像素进行灰度变换，以使得包裹相位图灰度值均匀化。
[0042]现有技术中，从RGB色彩模型入手，依次将三步相移光栅图编入相应的RGB彩色光栅的三个通道内，彩色图像中的三个通道图像分量的相位相差120
°
，彩色光栅比单帧灰度光栅包含更多的信息，可替换灰度光栅的多次投影而使用彩色光栅单帧投影，相机捕获彩色光栅后可将各通光栅信息分离，得到三幅相移光栅图，从而可使用相移法提取包裹相位。对提取的包裹相位进行相位展开获得绝对相位，对三维测量系统进行标定，根据绝对相位与高度关系，得到物体三维测量结果。
[0043]本申请实施例中，对于RGB三通道彩色光栅条纹图，考虑到彩色图像各个颜色通道之间存在串扰，导致测量过程出现干扰较大的非线性误差，本申请实施例在基于彩色光栅条纹图利用相移法提取包裹相位之后，对包裹相位图进行图像像素处理，提高了彩色光栅的非线性误差的校正效率。
[0044]而且，相比于现有技术通过拍摄额外的背景图像计算出串扰误差补偿矩阵，来抵消通道之间的非线性误差的方法，本申请实施例通过直接对包裹相位进行校正，不需要拍摄额外的图像以提高测量效率，而且通过直接对包裹相位进行校正，而不是从光强入手对图像进行校正，避免了修正过度产生新的误差。
[0045]具体来说，对于彩色图像通道串扰带来的非线性误差，本申请中考虑：
[0046]参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于彩色光栅的三维测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：基于彩色光栅条纹图提取包裹相位之后，对包裹相位图的图像像素进行灰度变换，以使得包裹相位图灰度值均匀化。2.根据权利要求1所述的一种基于彩色光栅的三维测量方法，其特征在于，所述对包裹相位图的图像像素进行灰度变换，采用直方图均衡化方法，包括：获取包裹相位图中灰度值的概率分布；根据灰度值的概率分布计算出灰度值的累积概率分布；根据灰度值的累积概率分布将图像的灰度值进行均衡化映射。3.根据权利要求2所述的一种基于彩色光栅的三维测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：采集经待测物体调制的变形彩色条纹图，所述彩色条纹图包括一幅三步相移条纹图和一幅灰度编码条纹图；基于三步相移条纹图利用相移算法提取包裹相位，基于灰度编码条纹图获得相位展开级次；基于包裹相位图进行所述灰度变换过程；基于灰度变换后的包裹相位图和所述相位展开级次获得绝对相位，基于绝对相位获得三维测量结果。4.根据权利要求3所述的一种基于彩色光栅的三维测量方法，其特征在于，所述灰度编码条纹图采用四级灰度编码条纹图。5.根据权利要求2所述的一种基于彩色光栅的三维测量方法，其特征在于，所述四级灰度编码条纹图的R通道图像和B通道图像的强度分别为：度编码条纹图的R通道图像和B通道图像的强度分别为：式中，ceil(m)表示对m向上取整；CS(i)，(i＝1，2，3，4)代表四级灰度编码，T为相移条纹周期。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡柏林，童陈恩，王友全，边浩成，吕宙，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：