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CN101865671B - 一种投影三维测量方法 - Google Patents

一种投影三维测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种投影三维测量方法，分两次设定光源强度，相机曝光时间和增益值，分别对其表面的亮部分和暗部分做三维测量，对测量结果按照预定阀值做筛选，最后得到被测物体表面三维结果。本发明开发设计出一种能解决黑白大反差被测对象的三维测量方法，本发明大大提高了PMP三维测量的动态范围，在对暗部分做测量时由于光源强度增大，被测物体表面的漫反射也同时增强，还可以降低阴影对三维测量的影响。

Description

一种投影三维测量方法
技术领域
本发明涉及一种三维测量方法，具体涉及一种利用投影技术的物体三维测量方法。
背景技术
目前，现有的相位调制解调3维轮廓测量技术是白光扫描测量方式。有如下技术特征：先是光源产生的平行光，经过光栅产生的结构光经过透镜照射测量对象，光栅移动N次后，图像采集装置依次采集N幅图像，经过相位调制解调算法计算出两三维图3维测量。扫描测量装置测量时，光源的强度，相机的曝光时间和增益值保持恒定，这样在测量对象表面颜色亮暗变化明显时，如同时存在黑色和白色的表面，由于CCD相受感光动态范围的限制，会同时存在欠曝光和过度曝光的情况，这样普通白光扫描无法取得整幅图像的3维测量结果。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，开发设计出一种能解决黑白大反差被测对象的三维测量方法；
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种投影三维测量方法，分两次设定光源强度，相机曝光时间和增益值，分别对其表面的亮部分和暗部分做三维测量，对测量结果按照预定阀值做筛选，最后得到被测物体表面三维结果。
一种投影三维测量方法，进一步说是分别采集被测物体暗部分反射和被测物体亮部分反射的光栅图像；然后使用相同的相位调制解调算法计算出被测物体的两次三维测量结果，以其中一次为基准，若像素的灰度值无法达到阀值，用另一次的测量结果做替代，最终得到被测对象亮部分和暗部分的三维测量结果。
一种投影三维测量方法，进一步说是包括以下步骤：
(1)设定相机为长曝光时间，高增益方式，投影光源为高亮度，依次投影和采集N张结构光在测量对象表面的反射图片，计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值大与设定阀值的像素；
(2)设定相机为短曝光时间，低增益方式，投影光源为低亮度，依次投影和采集N张结构光在测量对象表面的反射图片，计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值小于与设定阀值的像素；
(3)最后以其中一次的测量数据为基准，其中标记过的像素的三维值用另一次测量的高度值替代，最后得出测量对象表面亮部分和暗部分的三维值。
一种投影三维测量方法，进一步说是包括以下步骤：
(1)投影第一次结构光，设定相机为长曝光时间，高增益方式，投影光源为高亮度，采集反射图像标放入一组；设定相机为短曝光时间，低增益方式，投影光源为低亮度，采集反射图像标放入一组；
(2)从一组图像中计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值大与设定阀值的像素，从另一组图像中计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值小于与设定阀值的像素，最后以其中一次的测量数据为基准，其中标记过的像素的三维值用另一次测量的高度值替代，最后得出测量对象表面亮部分和暗部分的三维值。
一种投影三维测量方法，同时对于两次测量都没有标定过得像素取两次测量结果的平均值作为该像素最后结果。
一种投影三维测量方法，所进行的三维测量进行至少两次，使用至少两次的三维测量，最后整合成最终的三维结果。
本发明对被测物体做三维测量时，分两次设定光源强度，相机曝光时间和增益值，分别对其表面的亮部分和暗部分做三维测量，对测量结果按照预定阀值做筛选，最后得到被测物体表面三维结果。使用两次相位调制解调三维轮廓算法(PMP)实现测量的高精度和重复性，两次相位调制解调三维轮廓算法为现有算法。同时在实际应用中可适应宽范围的被测对象，被测对象表面同时存在黑色和白色部分时，仍然可以得到高精度的三维测量结果，大大提高了PMP三维测量的动态范围。在对暗部分做测量时由于光源强度增大，被测物体表面的漫反射也同时增强，还可以降低阴影对三维测量的影响。对于亮暗变化特别大的被测物表面，如镜面，黑白陶瓷表面也可以使用两次以上的三维测量，最后整合成最终的三维结果。
附图说明
图1为实施例1方法的流程图。
图2为实施例2方法的流程图。
具体实施方式、
实施例1
参见附图1所述。
首先采集测量对象表面为暗的三维数据：
设定CCD相机为长曝光时间，高增益方式，投影光源为高亮度，依次投影和采集N张结构光在测量对象表面的反射图片，计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值大与设定阀值的像素。
其次采集测量对象表面为亮的三维数据，方法如下：
设定CCD相机为短曝光时间，低增益方式，投影光源为低亮度，依次投影和采集N张结构光在测量对象表面的反射图片，计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值小于与设定阀值的像素。
最后以其中一次的测量数据为基准，其中标记过的像素的三维值用另一次测量的高度值替代，最后得出测量对象表面亮部分和暗部分的三维值。同时对于两次测量都没有标定过得像素也可以取两次测量结果的平均值作为该像素最后结果。对于亮暗变化特别大的被测物表面，如镜面，黑白陶瓷表面也可以使用两次以上的三维测量，最后整合成最终的三维结果。
本方法适用于投影光源切换所需时间短于相机每帧数据传输时间的场合。
实施例2
参见附图2所述。
投影第一次结构光，设定相机为长曝光时间，高增益方式，投影光源为高亮度，采集反射图像标放入A组；设定相机为短曝光时间，低增益方式，投影光源为低亮度，采集反射图像标放入A组。
从A组图像中计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值大与设定阀值的像素，从B组图像中计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值小于与设定阀值的像素，最后以其中一次的测量数据为基准，其中标记过的像素的三维值用另一次测量的高度值替代，最后得出测量对象表面亮部分和暗部分的三维值。同时对于两次测量都没有标定过得像素也可以取两次测量结果的平均值作为该像素最后结果。对于亮暗变化特别大的被测物表面，如镜面，黑白陶瓷表面也可以使用两次以上的三维测量，最后整合成最终的三维结果。
本方法适用于相机每帧数据传输时间短于投影光源切换所需时间的场合。

Claims (6)

1.一种投影三维测量方法，其特征在于：分两次设定光源强度，相机曝光时间和增益值，分别对被测物体表面的亮部分和暗部分做三维测量，即分别采集被测物体暗部分反射和被测物体亮部分反射的光栅图像；然后使用相同的相位调制解调算法计算出被测物体的两次三维测量结果，以其中一次为基准，对测量结果按照预定阈值做筛选，若像素的灰度值无法达到阈值，用另一次的测量结果做替代，最终得到被测物体亮部分和暗部分的三维测量结果；即：
(1)设定相机为长曝光时间，高增益方式，投影光源为高亮度，依次投影和采集N张结构光在被测物体表面的反射图片，计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值大于设定阈值的像素；
(2)设定相机为短曝光时间，低增益方式，投影光源为低亮度，依次投影和采集N张结构光在被测物体表面的反射图片，计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值小于设定阈值的像素；
(3)最后以其中一次的测量数据为基准，其中标记过的像素的高度值用另一次测量的高度值替代，最后得出被测物体表面亮部分和暗部分的三维值。
2.根据权利要求1所述的一种投影三维测量方法，其特征在于：同时对于两次测量都没有标定过的像素取两次测量结果的平均值作为该像素最后结果。
3.根据权利要求1所述的一种投影三维测量方法，其特征在于：所进行的三维测量进行两次，使用两次的三维测量，最后整合成最终的三维结果。
4.一种投影三维测量方法，其特征在于：分两次设定光源强度，相机曝光时间和增益值，分别对被测物体表面的亮部分和暗部分做三维测量，即分别采集被测物体暗部分反射和被测物体亮部分反射的光栅图像；然后使用相同的相位调制解调算法计算出被测物体的两次三维测量结果，以其中一次为基准，对测量结果按照预定阈值做筛选，若像素的灰度值无法达到阈值，用另一次的测量结果做替代，最终得到被测物体亮部分和暗部分的三维测量结果；即：
(1)投影第一次结构光，设定相机为长曝光时间，高增益方式，投影光源为高亮度，采集反射图像标放入A组；设定相机为短曝光时间，低增益方式，投影光源为低亮度，采集反射图像标放入B组；依次投影N次结构光重复该步骤；
(2)从一组图像中计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值大于设定阈值的像素，从另一组图像中计算出三维结果同时标记出在N次测量中平均灰度值小于设定阈值的像素，最后以其中一次的测量数据为基准，其中标记过的像素的高度值用另一次测量的高度值替代，最后得出被测物体表面亮部分和暗部分的三维值。
5.根据权利要求4所述的一种投影三维测量方法，其特征在于：同时对于两次测量都没有标定过的像素取两次测量结果的平均值作为该像素最后结果。
6.根据权利要求4所述的一种投影三维测量方法，其特征在于：所进行的三维测量进行两次，使用两次的三维测量，最后整合成最终的三维结果。
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