申请/专利权人：清华大学

申请日：2022-08-02

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN115307576B

主分类号：G01B11/25

分类号：G01B11/25;G06T7/521

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.11.25#实质审查的生效;2022.11.08#公开

摘要：本发明提出一种结构光测量中的阶梯边界补偿方法及装置，属于三维测量领域。其中，所述方法包括：利用结构光测量设备中的投影仪对具有阶梯形状的待测对象投射多张相移编码条纹图像和一张白图像，相机采集图像后，得到相机像平面上每一点的初始相位；根据采集的白图像，在相机像平面上识别待测对象的阶梯边界；根据阶梯边界的光强变化计算阶梯边界中每个点的散焦核及边界法向；对阶梯边界各点的两侧邻域进行拟合以确定两侧光强均值、相位圆频率及两侧相位差，对阶梯边界的待修复区域每一点的初始相位进行修正，以实现对阶梯边界的补偿。本发明解算效率高，边界点云恢复效果好，能大幅改善基于结构光的阶差测量、阶梯件测量和边缘质量检测效果。

主权项：1.一种结构光测量中的阶梯边界补偿方法，其特征在于，包括：利用结构光测量设备中的投影仪对具有阶梯形状的待测对象投射多张相移编码条纹图像和一张白图像，利用所述结构光测量设备中相机采集所述图像，得到相机像平面上每一点的初始相位；根据所述相机采集的所述白图像，在所述相机像平面上识别所述待测对象的阶梯边界；根据所述阶梯边界的光强变化计算所述阶梯边界中每个点的散焦核及边界法向；根据所述散焦核，对所述阶梯边界的各点的两侧邻域进行拟合以确定两侧光强均值、两侧相位圆频率及两侧相位差；根据所述阶梯边界，确定待修复区域，利用所述边界法向、所述两侧光强均值、两侧相位圆频率及两侧相位差，对所述待修复区域每一点的初始相位进行修正，以实现对所述阶梯边界的补偿；其中，通过所述结构光测量设备中的投影仪对具有阶梯形状的待测对象投射多张相移编码条纹图像和一张白图像，利用所述结构光测量设备中相机采集所述图像，得到相机像平面上每一点的初始相位，包括：1通过投影仪对待测对象依次投射8张相移编码条纹图像以及1张白图像；对于投影仪像平面上任一点up,vp，设置第k张投影图像在该点的输出光强Ipkup,vp为： Ip8up,vp＝255其中，up,vp分别为投影仪平面上任一点的像素横、纵坐标；I′p为平均投影光强，I″p为投影光强变化幅度，Tp为多周期条纹波长，T0为单周期条纹波长；k＝0,1,2…7时投影为相移编码条纹图像，k＝8时投影为白图像；2利用相机依次捕获投影仪投射的8张相移编码条纹图像以及1张白图像；对于相机像平面上任一点uc,vc，捕获该点对应第k张投影图像的光强记为Ickuc,vc,k＝0,1,…,8，则该点初始相位计算表达式如下： 其中，为多周期条纹中间参数，为单周期条纹相位中间参数，round为四舍五入取整函数；所述根据所述相机采集的所述白图像，在所述相机像平面上识别所述待测对象的阶梯边界，包括：1根据每个点的初始相位通过结构光三维重建方法计算该点对应的三维坐标xuc,vc,yuc,vc,zuc,vc，其中xuc,vc,yuc,vc,zuc,vc分别为该点对应三维点云的x,y,z坐标；2根据每个点对应的三维坐标，识别构成待测对象阶梯边界的像素点；其中，所述阶梯边界包括第一类边界和第二类边界；构成第一类边界的像素点集合B1和构成第二类边界的像素点集合B2，表达式分别如下： 其中，p为相邻点连续性阈值；所述根据所述阶梯边界的光强变化计算所述阶梯边界中每个点的散焦核及边界法向，包括：对边界像素点集合B＝B1∪B2中任意一点ub,vb∈B，计算该点在对应所述白图像的光强图像中的光强梯度和边界法向nub,vb＝nuub,vbnvub,vbT： 其中，为Ic8uc,vc关于uc的偏导数，为Ic8uc,vc关于vc的偏导数；nuub,vb和nuub,vb为nub,vb的两个坐标分量；使用标准差为σg的高斯滤波器对所述对应所述白图像的光强图像进行滤波获得滤波后的图像记为Icg，计算集合B中任意一点ub,vb∈B在所述滤波后的图像Icg的光强梯度以及散焦核大小σub,vb： 其中，为Icguc,vc关于uc的偏导数，为Icguc,vc关于vc的偏导数；所述根据所述散焦核，对所述阶梯边界的各点的两侧邻域进行拟合以确定两侧光强均值、两侧相位圆频率及两侧相位差，包括：1分别获取集合B中每个点ub,vb∈B左右两侧拟合区域构成的像素点集合： 其中，E1为集合B中所有点左侧拟合区域的像素点集合，E2为集合B右侧拟合区域的像素点集合，r为设定的拟合区域选取范围；2根据相机像平面上任一点uc,vc对应所述白图像的光强Ic8uc,vc，分别计算集合E1,E2中对应的光强均值η1,η2；3分别在集合E1和E2中线性拟合相位，得到分别对应的圆频率ω1,ω2；根据线性拟合结果分别外推集合E1和E2边界点的相位4计算集合E1和E2的相位差所述根据所述阶梯边界，确定待修复区域，利用所述边界法向、所述两侧光强均值、两侧相位圆频率及两侧相位差，对所述待修复区域每一点的初始相位进行修正，包括：1确定第一类待修复区域，对第一类待修复区域中的每一点的相位进行修正；具体步骤如下：1-1根据第一类边界获取第一类待修复区域的像素点集合记为F1： 1-2对于F1中任意一点uc,vc∈F1，沿该点像素坐标横轴方向在集合B中搜索边界点ub,vb∈B，计算两点之间距离1-3计算uc,vc∈F＝F1∪F2修正后的相位 其中，λ1＝nuub,vbω1σub,vb；2确定第二类待修复区域，对第二类待修复区域中的每一点的相位进行修正；具体步骤如下：2-1根据第二类边界选取第二类待修复区域的像素点集合记为F2： 2-2对于F2中任意一点uc,vc∈F2，沿该点像素坐标横轴方向在集合B中搜索边界点ub,vb∈B，计算两点之间距离2-3计算uc,vc∈F＝F1∪F2修正后的相位当uc-ub≥0时： 当uc-ub＜0时： 其中，λ1＝nuub,vbω1σub,vb,λ2＝nuub,vbω2σub,vb,α＝ω1-ω2dnuub,vb-δ； 其中，u是积分参数。

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