本發(fā)明涉及一種基于投影儀-相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補償方法,屬于自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域;
背景技術(shù):
機(jī)器視覺在質(zhì)量檢測,過程控制,三維重構(gòu)等方面,扮演著越來越重要的角色。一個典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊,其中的關(guān)鍵技術(shù)是對獲取的圖像進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理,所以圖像的質(zhì)量直接決定著機(jī)器視覺決策的準(zhǔn)確性,而獲取圖像的質(zhì)量又取決于圖像采集設(shè)備和照明設(shè)備。
但是,由于電荷耦合器件和數(shù)模轉(zhuǎn)換的限制,大部分相機(jī)都有一個有限的8-bit采集范圍。當(dāng)被測的場景有高反射率和低反射率的不同部分時,采集得到的圖像只有8-bit的像素信息,如果增加曝光使得低反射率的部分清晰,而高反射率的部分則變得飽和;反之,如果減少曝光使得高反射率的部分清晰,而低反射率的部分則變得黑暗,因此對于高反射率或者低反射率的部分會出現(xiàn)極亮或極暗的區(qū)域,造成細(xì)節(jié)信息的丟失,對后續(xù)的決策和執(zhí)行造成極其不利的影響?;诖?,自適應(yīng)光補償技術(shù)在機(jī)器視覺的應(yīng)用中顯得尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明旨在解決在機(jī)器視覺中對于高對比度的場景采集出現(xiàn)極亮或極暗區(qū)域,而造成細(xì)節(jié)信息丟失的情況,提出一種基于投影儀-相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補償方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于投影儀-相機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)光補償方法,包括下列步驟:
(1)將投影儀和相機(jī)放置在幕布的同側(cè),并且為非同軸配置,幕布即作為參考平面;
(2)計算機(jī)生成的正弦光柵條紋作為參考條紋通過投影儀投射在三維物體表面,參考條紋受到深度的調(diào)制會發(fā)生條紋畸變,通過CCD相機(jī)獲取參考光柵條紋和畸變光柵條紋;
(3)結(jié)合傅里葉輪廓法,利用三角形相似原理推導(dǎo)出物體深度和條紋相位變化的關(guān)系;
(4)利用傅里葉變換在頻域中提取畸變光柵和參考光柵的基頻分量,再利用傅里葉逆變換將提取的基頻分量轉(zhuǎn)換回時域,得到折疊在-π到π區(qū)間的相位,通過相位解壓算法將不連續(xù)分布的折疊相位變成在空間中連續(xù)分布的解壓相位;
(5)將解壓相位代入相位和深度的轉(zhuǎn)換公式中,得到每一個像素點的深度,即建立投影儀和相機(jī)之間的通信,作為后續(xù)迭代算法的參數(shù);
(6)將相機(jī)采集的圖像作為處理前的圖像,通過迭代算法將處理后的圖像用投影儀投射以覆蓋在三維物體表面,以突出需要的部分,遮蔽不需要的部分;
(7)將步驟(6)重復(fù)執(zhí)行多次,直到CCD相機(jī)獲取的圖像消除飽和部分,補償黑暗部分,恢復(fù)丟失的細(xì)節(jié)信息。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
1>解決了采集高對比度場景時細(xì)節(jié)信息丟失的弊端,避免了外界光源對機(jī)器視覺決策和分析造成的不利影響;
2>本發(fā)明強(qiáng)調(diào)了投影儀在投影儀-相機(jī)系統(tǒng)中的補償作用,突出需要的部分,遮蓋不需要的部分,比現(xiàn)有的軟件補償處理速度快,在解決相機(jī)范圍限制的前提下更適用于工業(yè)生產(chǎn);
4>光源的自適應(yīng)補償裝置只是在機(jī)器視覺的器件中添加數(shù)字投影儀,可滿足低成本系統(tǒng)構(gòu)建的要求。
附圖說明
圖1(a)和(b)分別為參考光柵圖形和畸變光柵圖形。
圖2(a)和(b)分別為不連續(xù)分布的折疊相位和連續(xù)分布的解壓相位。
圖3本發(fā)明中利用傅里葉輪廓法得到的深度輪廓圖。
圖4(a)和(b)為本發(fā)明在強(qiáng)照明下的飽和圖像和利用自適應(yīng)光補償方法的補償結(jié)果圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明;
本發(fā)明的自適應(yīng)光補償中,投影儀和相機(jī)采用非同軸配置,并且為了后續(xù)計算的方便,將投影儀和相機(jī)放置在同一水平線上。投影儀和相機(jī)之間的距離為d,投影儀到參考平面的距離為L,觀測點O的深度為h。利用三角形相似原理,有
代表相位的變化,有
將式(2)代入式(1)中,得到
圖1所示為本發(fā)明中的參考光柵圖形和畸變光柵圖形。將計算機(jī)生成的正弦光柵條紋,如圖1(a)所示,通過投影儀投射在三維物體表面,參考條紋受到物體深度的調(diào)制會發(fā)生條紋畸變,如圖1(b)所示,通過CCD相機(jī)獲取參考光柵條紋和畸變光柵條紋。
圖2所示為本發(fā)明中不連續(xù)分布的折疊相位和連續(xù)分布的解壓相位。參考光柵經(jīng)過傅里葉變換在頻域中提取出基頻分量,再經(jīng)過傅里葉逆變換將基頻轉(zhuǎn)換回時域,得到對畸變光柵進(jìn)行同樣的操作,得到則折疊相位為
其中,為的共軛。由于反正切運算,相位被折疊在[-π,π]區(qū)間,折疊相位分布不連續(xù),如圖2(a)所示。利用相位解壓算法,得到連續(xù)分布的解壓相位,如圖2(b)所示。
圖3所示為本發(fā)明中利用傅里葉輪廓法得到的深度輪廓圖,即投影儀像素和相機(jī)像素建立通信的過程。由于投影儀和相機(jī)建立的通信意味著投影儀上的每一點都映射到相機(jī)的對應(yīng)點,因此通信是建立在三維物體深度的基礎(chǔ)上。
圖4所示為本發(fā)明在強(qiáng)照明下的飽和圖像和利用自適應(yīng)光補償方法的補償結(jié)果圖。在強(qiáng)照明條件下,高反射率區(qū)域超過相機(jī)的采集范圍而呈現(xiàn)出高亮狀態(tài),丟失細(xì)節(jié)信息,如圖4(a)所示。利用迭代算法
In+1(x,y)=In(x,y)+h(x,y)(Ln(x,y)-pn(x,y)) (5)
其中,I(x,y)為CCD相機(jī)采集物體表面的圖像,L(x,y)為投影儀投射在物體表面的圖像,h(x,y)為在坐標(biāo)(x,y)處的物體深度。經(jīng)過連續(xù)的迭代,直到相機(jī)獲取的圖像達(dá)到要求,如圖4(b)所示。