一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法技術

本發明專利技術涉及一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，本發明專利技術提出的一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，針對工業產線上固定產品檢測的場景，利用先驗幾何信息，將需要投射的圖像數量減少為5幅；同時，本發明專利技術提出的方法只針對被檢測物體內部各點進行相位解算和三維重建，因此相對于傳統方法計算量也大幅減少；綜上所述，本發明專利技術可以顯著加快特定場景下的光柵投影三維重建速度，并在一定程度上可以對動態物體進行有效的三維重建。可以對動態物體進行有效的三維重建。

【技術實現步驟摘要】
一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法


[0001]本專利技術涉及三維光學測量相關
，涉及基于光柵投影的三維重建方法，尤其涉及一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法。

技術介紹

[0002]如今，基于結構光的三維形貌測量技術已被大量研究，其應用范圍也十分廣泛，包括工業檢測、消費電子、生物醫藥、娛樂等領域。其中，基于光柵投影輪廓術(fringe projection profilometry,FPP)的三維重建方法以其測量精度高、速度快等優點，常被用于工業檢測等精密測量領域。數字光柵投影輪廓術是一種主動式的三角測量方法，一般使用投影儀(如數字光處理DLP等)將一系列正弦光柵和矩形光柵投射到被測物體表面，通過相機獲取經過被測物體高度調制過的光柵圖像，根據變形光柵圖像的變化，解算出各個像素點的相位值，進而基于系統標定參數計算各個點的空間三維坐標。光柵投影輪廓術的優點是測量精度高、速度快、可一次性對整幅場景進行三維重建，其測量精度可以達到微米級別。光柵投影輪廓術的關鍵技術之一是各點絕對相位值的解算，目前常見的相位求解方法有基于單幀光柵圖像的傅里葉變換法、加窗傅里葉變換法，以及基于多幀光柵圖像的相移法等。相比于變換域分析方法，相移法的精度更高、具有像素級別的分辨率；但是由于相移法是基于多幀光柵圖像，因此其速度相對較慢、不適合于動態測量。
[0003]基于光柵投影輪廓術和相移法的3D傳感器已被大量研發和生產制造，并廣泛應用于各種工業精密檢測領域。在相移法中，一般首先需要投射若干(3～5)幅正弦光柵以計算包裹相位，然后對包裹相位進行相位展開。目前，相位展開方法可以分為兩大類：空間相位展開法和時間相位展開法。空間相位展開法利用像素鄰域間的信息進行相位展開，但在有陡峭斷面、局部陰影、嚴重噪聲等的場合下，容易產生誤差傳遞和錯誤解碼。而時間相位展開法可以針對每個像素分別進行相位展開，能夠有效避免空間相位展開法引起的像素點間的誤差傳遞。因此，時間相位展開法被廣泛應用于成熟的商業3D傳感器中。常見的相位展開方法有格雷碼+相移法、多頻擬合法、多頻外差法等。在這些方法中，除了需要投射3～5幅正弦光柵來計算包裹相位，還需要再投射若干(4～8)幅正弦光柵(多頻法)或者矩形光柵(格雷碼法)來進行相位展開，因此，通常情況下總共需要投射10幅以上的光柵圖像。
[0004]對于基于光柵投影輪廓術和相移法的3D傳感器，往往需要投射若干(10～20)幅正弦光柵和矩形光柵，以獲取各個點的絕對相位值，因此造成了三維重建速度不高、無法對動態物體進行有效重建的問題。
[0005]有鑒于上述的缺陷，本設計人積極加以研究創新，以期創設一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，使其更具有產業上的利用價值。

技術實現思路

[0006]為解決上述技術問題，本專利技術的目的是提供一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法。
[0007]為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
[0008]一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，依次包括如下步驟：
[0009]步驟1、當工業產線上只有背景而沒有被測物體時，通過投影儀投射全白圖像，通過相機拍攝圖像并保存，以此來記錄產線上的背景圖像；
[0010]步驟2、針對產線上的首個被測物體，且該被測物為標準合格品，首先使用投影儀投射全白圖像，將全白圖像與步驟1中保存的背景圖像相減得到差值圖像；設定合理閾值，對差值圖像做二值化處理；然后對二值化圖像進行形態學處理和Blob分析，通過Blob的面積進行篩選，得到的最大Blob即是被測物體，并將被測物體的圖像作為模板圖像進行保存；
[0011]步驟3、針對產線上后續的被測物體，首先使用投影儀投射全白圖像，將全白圖像與步驟1中保存的背景圖像相減得到差值圖像；設定合理閾值，對差值圖像做二值化處理；然后對二值化圖像進行形態學處理和Blob分析，通過Blob的面積進行篩選，得到的最大Blob即是被測物體；將當前被測物體圖像與步驟2中保存的模板圖像進行模板匹配，獲取X與Y方向的平移量和旋轉角度，進而將當前被測物體各點與模板圖像各點對應，得到當前被測物體各點的標準高度值；
[0012]步驟4、最后，基于絕對相位圖像和系統標定參數，計算得到被測物體的三維點云。
[0013]作為本專利技術的進一步改進，步驟2中，針對產線上的首個被測物體，進一步投射四幅正弦光柵，利用四步相移法計算包裹相位，然后再投射若干幅格雷碼編碼的光柵進行相位展開，以此得到各點的絕對相位值；然后，通過系統標定參數來計算被測物體內部各點的高度值，并記錄到指定文件中。
[0014]作為本專利技術的進一步改進，步驟3中，針對產線上后續的被測物體，進一步投射四幅正弦光柵以計算被測物體內部各點的包裹相位；同時，針對被測物體內部各點，通過步驟4得到的標準高度值和公差范圍反推出絕對相位的整數部分，即條紋級數；將條紋級數與包裹相位相加，便得到最終的絕對相位值。
[0015]作為本專利技術的進一步改進，步驟3中的模板匹配為灰度法或邊緣法。
[0016]作為本專利技術的進一步改進，投影儀為DLP投影儀。
[0017]作為本專利技術的進一步改進，相機為2D工業相機。
[0018]借由上述方案，本專利技術至少具有以下優點：
[0019]本專利技術提出的一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，針對工業產線上固定產品檢測的場景，利用先驗幾何信息，將需要投射的圖像數量減少為5幅；同時，本專利技術提出的方法只針對被檢測物體內部各點進行相位解算和三維重建，因此相對于傳統方法計算量也大幅減少；綜上所述，本專利技術可以顯著加快特定場景下的光柵投影三維重建速度，并在一定程度上可以對動態物體進行有效的三維重建。
[0020]上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本專利技術的較佳實施例詳細說明如后。
具體實施方式
[0021]下面結合實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。
[0022]為了使本
的人員更好地理解本專利技術方案，下面將結合本專利技術實施例，對
本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處示出的本專利技術實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在本專利技術的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本專利技術的范圍，而是僅僅表示本專利技術的選定實施例。基于本專利技術的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0023]實施例
[0024]一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，依次包括如下步驟：
[0025]步驟1、當工業產線上只有背景而沒有被測物體時，通過投影儀投射全白圖像，通過相機拍攝圖像并保存，以此來記錄產線上的背景圖像；
[0026]步驟2、針對產線上的首個被測物體，且該本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于先驗信息的快速光柵投影輪廓的方法，其特征在于，依次包括如下步驟：步驟1、當工業產線上只有背景而沒有被測物體時，通過投影儀投射全白圖像，通過相機拍攝圖像并保存，以此來記錄產線上的背景圖像；步驟2、針對產線上的首個被測物體，且該被測物為標準合格品，首先使用投影儀投射全白圖像，將全白圖像與步驟1中保存的背景圖像相減得到差值圖像；設定合理閾值，對差值圖像做二值化處理；然后對二值化圖像進行形態學處理和Blob分析，通過Blob的面積進行篩選，得到的最大Blob即是被測物體，并將被測物體的圖像作為模板圖像進行保存；步驟3、針對產線上后續的被測物體，首先使用投影儀投射全白圖像，將全白圖像與步驟1中保存的背景圖像相減得到差值圖像；設定合理閾值，對差值圖像做二值化處理；然后對二值化圖像進行形態學處理和Blob分析，通過Blob的面積進行篩選，得到的最大Blob即是被測物體；將當前被測物體圖像與步驟2中保存的模板圖像進行模板匹配，獲取X與Y方向的平移量和旋轉角度，進而將當前被測物體各點與模板圖像各點對應，得到當前被測物體各點的標準高度值；步驟4、最后，基于絕對相位圖像和系統標定參數，計算...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周坤，周劍，王磊，方盛，
申請(專利權)人：蘇州深淺優視智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：