一種基于相位信息輔助的散斑匹配三維測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明將單幅散斑條紋和相移光柵條紋投影相結(jié)合的H維輪廓測(cè)量方法和系統(tǒng) 構(gòu)成。系統(tǒng)通過向物體表面投射單幅散斑圖案利用灰度區(qū)域相關(guān)算法獲得初始匹配點(diǎn)對(duì)； 然后通過投射相移光柵條紋解得的主值相位場(chǎng)對(duì)獲得的點(diǎn)對(duì)進(jìn)行精確匹配。最后根據(jù)待測(cè) 物體左右攝像機(jī)獲得圖片的匹配點(diǎn)對(duì)，即可測(cè)量物體的H維輪廓，重構(gòu)物體的H維形狀。屬 于H維信息重構(gòu)的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對(duì)物體測(cè)量精度的要求也越來越高。光學(xué) H維測(cè)量技術(shù)通過對(duì)物體圖像的分析，得到被測(cè)物體表面形狀的H維信息。在虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí) 物仿形、工業(yè)制造與檢測(cè)、質(zhì)量控制、文物保護(hù)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 投影散斑圖案是光學(xué)H維物體輪廓測(cè)量中發(fā)展較為成熟的一種方法。該方法通過 投射散斑紋理進(jìn)行雙目立體匹配。而投影光柵相位法是光學(xué)H維物體輪廓測(cè)量的另一種重 要方法。該方法首先通過相移法獲得相位場(chǎng)主值。再通過解包裹算法得到完整連續(xù)的相位 場(chǎng)并進(jìn)行雙目立體匹配。上述方法在進(jìn)行立體匹配后進(jìn)而均可得到物體的H維信息。
[0004] 雙目立體匹配是H維測(cè)量技術(shù)中關(guān)鍵的一步，它的準(zhǔn)確性直接影響著獲得的待測(cè) 物體H維信息的準(zhǔn)確性。然而，在利用散斑圖案進(jìn)行匹配的過程中，只能獲得像素級(jí)別的 匹配數(shù)據(jù)，還需采用像素插值算法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬和處理獲得亞像素?cái)?shù)據(jù)。而近年來提出的投 影光柵相位法在處理不連續(xù)物體或者階梯狀物體的H維重構(gòu)方面仍有不足之處。同時(shí)，為 了進(jìn)行解包裹操作獲得絕對(duì)相位值，還需要投射較多的輔助圖像，因此直接影響了測(cè)量的 速度。為此，有許多方法對(duì)此加W改進(jìn)，常見的方法是將相移法與多視角相結(jié)合，利用H角 法計(jì)算出每一個(gè)像素所在的周期數(shù)，提出了在未解包裹的主值相位中尋找到匹配點(diǎn)對(duì)的方 法。該方法雖然可W在未解包裹的情況下進(jìn)行雙目匹配，但是存在著計(jì)算復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求 較高的問題，因此在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著較多的問題。
[0005] 技術(shù)問題：針對(duì)投影散斑和投影光柵相位法各自的特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種投 射散斑圖案并利用相位信息精確匹配的物體H維測(cè)量系統(tǒng)。使得在只獲得待測(cè)物體的主值 相位信息而未進(jìn)行解包裹操作的情況下仍能進(jìn)行高精度的H維測(cè)量。與傳統(tǒng)相移法相比， 該算法減少了投射條紋的幅數(shù)，在保證測(cè)量精度的情況下節(jié)省了測(cè)量的時(shí)間。
[0006] 技術(shù)方案；本方法首先在物體表面投影隨機(jī)生成的散斑圖案，并找到左側(cè)攝像機(jī) 獲得散斑圖像中每一像素點(diǎn)在右側(cè)攝像機(jī)獲得散斑圖像中的初始匹配像素點(diǎn)。再通過投影 光柵相位法獲得主值相位，對(duì)每一對(duì)匹配點(diǎn)進(jìn)行亞像素的精確定位。在進(jìn)行精確匹配的過 程中，由于主值相位的周期變化性，會(huì)出現(xiàn)初始匹配點(diǎn)對(duì)位于主值相位周期分界處附近的 情況。此時(shí)由于相位值的突變，無法直接獲得精確匹配結(jié)果，而需要對(duì)于初始匹配點(diǎn)及附近 的相位值進(jìn)行局部處理消除相位值的突變。本方法通過投射散斑圖案直接獲得匹配點(diǎn)對(duì)的 大致位置，代替了傳統(tǒng)的投影光柵相位法中實(shí)現(xiàn)難度較大的解包裹算法。
[0007] 本發(fā)明的基于相位信息輔助的散斑匹配的H維測(cè)量方法的具體步驟如下： 步驟1 ;對(duì)于攝像機(jī)的成像平面，建立W像素點(diǎn)為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原 點(diǎn)位于圖像的左下角，橫、縱像素軸分別為U軸和讀I，調(diào)整兩臺(tái)攝像機(jī)的相對(duì)位置使兩者 成正交平行的擺放方式；W直立墻面為參考面，利用投影儀在參考面上投射水平方向和垂 直方向的灰度條紋圖，并分別利用攝像機(jī)拍攝條紋圖，調(diào)整攝像機(jī)的位置，使得投射的條紋 在攝像機(jī)的成像平面上分別呈現(xiàn)為水平方向和垂直方向，保證兩攝像機(jī)的光軸相互平行， 成像平面平行于參考面，同時(shí)對(duì)于同一條水平條紋，在左右攝像機(jī)的成像平面內(nèi)的縱像素 坐標(biāo)相同； 步驟2 ;對(duì)左右兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，分別獲取其內(nèi)外參數(shù)； 步驟3 ;利用投影散斑圖案對(duì)攝像機(jī)獲得的兩幅圖像進(jìn)行初步的點(diǎn)對(duì)匹配，具體步驟 如下： 步驟3. 1 ;利用計(jì)算機(jī)生成一幅散斑圖案，圖案的像素大小等于投影儀的分辨率，設(shè)定 圖案的每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值隨機(jī)地取為255或者0 ; 步驟3. 2 ;將得到的散斑圖案投射到待測(cè)物體的表面，利用攝像 機(jī)拍攝得到待測(cè)物體的左右兩幅圖像，設(shè)左攝像機(jī)圖像中任意一點(diǎn) %其坐標(biāo)為;匹配范圍為右攝像機(jī)圖像的相同一行及上下2行；設(shè)匹配范圍中某點(diǎn) 坐標(biāo)為通過下式可W求得%與該點(diǎn)的灰度區(qū)域相關(guān)系數(shù)P :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于相位信息輔助的散斑匹配的H維測(cè)量方法，其特征在于該方法的具體步 驟如下： 步驟1 ;對(duì)于攝像機(jī)的成像平面，建立W像素點(diǎn)為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原 點(diǎn)位于圖像的左下角，橫、縱像素軸分別為U軸和讀I，調(diào)整兩臺(tái)攝像機(jī)的相對(duì)位置使兩者 成正交平行的擺放方式；W直立墻面為參考面，利用投影儀在參考面上投射水平方向和垂 直方向的灰度條紋圖，并分別利用攝像機(jī)拍攝條紋圖，調(diào)整攝像機(jī)的位置，使得投射的條紋 在攝像機(jī)的成像平面上分別呈現(xiàn)為水平方向和垂直方向，保證兩攝像機(jī)的光軸相互平行， 成像平面平行于參考面，同時(shí)對(duì)于同一條水平條紋，在左右攝像機(jī)的成像平面內(nèi)的縱像素 坐標(biāo)相同； 步驟2 ;對(duì)左右兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，分別獲取其內(nèi)外參數(shù)； 步驟3 ;利用投影散斑圖案對(duì)攝像機(jī)獲得的兩幅圖像進(jìn)行初步的點(diǎn)對(duì)匹配，具體步驟 如下： 步驟3. 1 ;利用計(jì)算機(jī)生成一幅散斑圖案，圖案的像素大小等于投影儀的分辨率，設(shè)定 圖案的每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值隨機(jī)地取為255或者0 ; 步驟3. 2 ;將得到的散斑圖案投射到待測(cè)物體的表面，利用攝像 機(jī)拍攝得到待測(cè)物體的左右兩幅圖像，設(shè)左攝像機(jī)圖像中任意一點(diǎn) %其坐標(biāo)為(叫，vi);匹配范圍為右攝像機(jī)圖像的相同一行及上下2