專利名稱：：一種光學條紋正弦性評測方法
技術領域：
：本發明涉及一種光學條紋正弦性評測方法，可用于各種光學正弦條紋投射器的測試和評價，也可用于影響條紋正弦性的因素分析等方面。本發明屬于光學三維測量領域。
背景技術：
：基于正弦條紋投射的立體視覺檢測方法是一種典型的非接觸光學主動三維測量方法，廣泛應用于三維形貌測量、逆向工程和質量檢測等諸多領域。基于正弦條紋投射的立體視覺檢測方法以攝像機采集投射到物體表面的正弦條紋圖像作為測量基礎和前提，因此，投射器出射條紋正弦性的優劣決定了系統測量精度的高低，如何能夠準確評價和測量投射器投射出的光學條紋正弦性成為目前研究中急待解決的問題。目前，大多采用條紋的空間分析方法，即將投射器的出射條紋直接投射到光屏上，用攝像機拍攝條紋圖像，然后直接分析這幅條紋圖像的灰度變化，來確定條紋的正弦性。這種方法的缺點是，條紋圖像的灰度變化易受光屏表面反射率變化、相機拍攝角度和鏡頭畸變的影響，使得條紋圖像的灰度變化無法真正反映條紋正弦性的優劣，進而無法正確測量條紋的正弦性。此外，還有通過對同一投射條紋拍攝多幅圖像，利用多幅圖像求取條紋噪聲，并將條紋噪聲作為光學條紋正弦性評價標準，此方法只反映了光學條紋的穩定性，顯然無法反映相移等誤差對條紋正弦性的影響，不能全面反映光學條紋正弦性的好壞。總之，光學條紋正弦性評測對于分析基于正弦條紋投射的立體視覺檢測方法的測量精度、改進正弦條紋投射器的性能具有重要意義，目前在光學條紋正弦性評測方面還沒有比較完備的解決方法，本發明針對此提出了一種簡便、準確的光學條紋正弦性評測方法。
發明內容本發明的目的在于提供一種光學條紋正弦性評測方法，以解決現有技術中的缺陷，用于基于正弦條紋投射的立體視覺測量中的光學投射條紋的正弦性評測。本發明的技術解決方案為一種光學條紋正弦性評測方法，用于基于正弦條紋投射的立體視覺測量中的光學投射條紋的正弦性評測，其特征在于包括以下步驟(1)將投射器出射的條紋投于光屏上，調整投射器相移控制參數，使條紋按照一定相位間隔P進行多次等間隔連續移相，每次移相后用相機拍攝光屏上的條紋，獲得條紋圖像序列Img;(2)根據移相先后順序，在條紋圖像序列Img中的每幅圖像上，提取同一坐標(x，y)的灰度值，作為圖像灰度數組hl;再將每幅圖像對應的移相次數i與相位間隔P相乘，得到與圖像灰度數組hl對應的相移數組tl;根據圖像灰度數組hl和相移數組tl，采用最小二乘曲線擬合的方法，按照下面公式，計算標準正弦條紋表達式/zl=^4**S/"01+p)+53其中，A、B和^為需要求取的未知數，A為以圖像灰度來表達的正弦曲線的幅值，B為以圖像灰度來表達的正弦曲線的直流分量，P為以圖像灰度來表達的正弦曲線的初始相位。并由A、^和B，計算標準正弦條紋的在相移數組tl上的灰度值數組h2，(3)按照下面公式計算條紋灰度誤差數組ee=h2-hi再計算誤差數組e的標準差StdH，則投射器出射的光學條紋的誤差標準差Std為SW=^^xlOO%爿以誤差標準差Std作為比較和評測光學條紋正弦性好壞的標準。其中，步驟(1)中的投射器、相機和光屏的位置和姿態，在多次條紋移相和相機拍攝過程中，保持不變；其中，步驟(1)中的相位間隔P小于或等于Ji/4。其中，步驟(1)中的移相和拍攝的次數為2Ji/P，P為相位間隔。本發明的原理是采用條紋的時間分析方法評測條紋的正弦性，即通過條紋在同一點處、不同相位下的灰度值變化來測量條紋的正弦性。為了保證在一個采樣的準確性，在條紋移相和相機拍攝過程中，投射器、相機和光屏的位置和姿態保持不變，否則無法正確得到條紋在同一點處、不同相位下的灰度值。為了確保正弦曲線擬合的正確性，一個周期內的采樣點應大于8個，并且保證采樣間隔相等，所以，條紋應按照一定相位間隔進行多次等連續移相，相位間隔應小于或等于n/4，移相和拍攝的次數為2Ji/P。為了屏蔽相機光圈和光屏反射率對條紋正弦性的影響，以條紋相對誤差值，即誤差數組e的標準差StdH與條紋幅值A的比值，作為評測投射器出射光學條紋正弦性的標準。本發明與現有技術相比的優點在于(l)由于投射器、相機和光屏的位置和姿態保持不變，因此，多幅條紋圖像中的同一坐標點對應于光屏上的同一點，顯然這一點的表面反射率在條紋移相和拍攝過程中不變，這就從根本上解決了光屏反射率分布不均對條紋正弦性測量的影響，提高了條紋正弦性測量的準確性。(2)對于多幅條紋圖像上的同一點，光屏反射率、相機拍攝角度、光圈大小和鏡頭畸變對灰度的影響也是相同的，從而避免了相機拍攝角度和鏡頭畸變的影響對條紋正弦性測量的影響。(3)投射器、光屏和攝像機可按照基于正弦條紋投射的立體視覺檢測系統的工作狀態擺放，可完全在系統實際工作狀態進行條紋正弦性測試，增加了條紋正弦性評測的真實性和有效性。圖1為本發明一種光學條紋正弦性評測方法的流程圖；圖2為本發明中的投射器、相機和光屏擺放示意圖；圖3為使用本發明的方法實測某投射器得到的光學條紋正弦性曲線結果圖。1、相機2、投射器3、光屏4、條紋具體實施例方式本發明的一種光學條紋正弦性評測方法具體實施步驟如圖1所示。在光學條紋正弦性評測具體實施步驟之前，需要做一些準備工作，先將投射器2和相機1按照實際測量時的位置擺放好，再將光屏3按照基于正弦條紋投射的立體視覺檢測系統的工作距離置于投射器和相機的前方，保證投射器出射的條紋4能夠照射在光屏上，并且相機能夠拍攝到光屏上的條紋，如圖2所示。光學條紋正弦性評測方法具體實施步驟為(1)將投射器出射的條紋投于光屏上，調整投射器相移控制參數，使條紋按照一定相位間隔P進行多次等間隔連續移相，每次移相后用相機拍攝光屏上的條紋，獲得條紋圖像序列Img。在多次條紋移相和相機拍攝過程中，投射器、相機和光屏的位置和姿態保持不變，否則將引起較大測量誤差。為了確保正弦曲線擬合的正確性，相位間隔應小于或等于n/4，移相和拍攝的次數為2Ji/P。(2)根據移相先后順序，在條紋圖像序列Img中的每幅圖像上，提取同一坐標(x，y)的灰度值，作為圖像灰度數組hl;再將每幅圖像對應的移相次數i與相位間隔P相乘，得到與圖像灰度數組hl對應的相移數組tl;根據圖像灰度數組hl和相移數組tl，采用最小二乘曲線擬合的方法，按照下面公式，計算標準正弦條紋表達式，/zl=JW"01+p)+B其中，A、B和^為需要求取的未知數，A為以圖像灰度來表達的正弦曲線的幅值，B為以圖像灰度來表達的正弦曲線的直流分量，P為以圖像灰度來表達的正弦曲線的初始相位。由A、^和B，計算標準正弦條紋的在相移數組tl上的灰度值數值h2，(3)按照下面公式計算條紋灰度誤差數組ee=h2-hl再計算誤差數組e的標準差StdH，則投射器出射的光學條紋的誤差標準差Std為SW=^^xlOO%以誤差標準差Std作為比較和評測光學條紋正弦性好壞的標準。以下為采用本發明的方法，對某投射器進行光學條紋正弦性評測的一個實例。這里采用的相位間隔P為0.2992，移相和拍攝的次數為21。表1光學條紋正弦性評測實例數據<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在此例中，根據表1中的圖像灰度數組hl和相移數組tl，采用最小二乘曲線擬合的方法，計算得到的A、B和，勺值為A=31.5150，B=103.7547，^=7.1685。根據表1，計算誤差數組e的標準差StdH=0.9462，光學條紋的誤差標準差Std=3%，光學條紋正弦性較好。圖3為光學條紋正弦性曲線結果圖，X軸為相移量，即相移數組tl，Y軸為條紋的灰度值，圖中實線表示實際條紋圖像上的灰度值，虛線表示擬合得到的標準正弦條紋的灰度值。權利要求一種光學條紋正弦性評測方法，其特征在于包括以下步驟(1)將投射器出射的條紋投于光屏上，調整投射器相移控制參數，使條紋按照一定相位間隔P進行多次等間隔連續移相，每次移相后用相機拍攝光屏上的條紋，獲得條紋圖像序列Img；(2)根據移相先后順序，在條紋圖像序列Img中的每幅圖像上，提取同一坐標(x，y)的灰度值，作為圖像灰度數組h1；再將每幅圖像對應的移相次數i與相位間隔P相乘，得到與圖像灰度數組h1對應的相移數組t1；根據圖像灰度數組h1和相移數組t1，采用最小二乘曲線擬合的方法，按照下面公式，計算標準正弦條紋表達式，其中，A、B和為需要求取的未知數，A為以圖像灰度來表達的正弦曲線的幅值，B為以圖像灰度來表達的正弦曲線的直流分量，為以圖像灰度來表達的正弦曲線的初始相位；并由A、B和計算標準正弦條紋的在相移數組t1上的灰度值數組h2，(3)按照下面公式計算條紋灰度誤差數組ee＝h2-h1再計算誤差數組e的標準差StdH，則投射器出射的光學條紋的誤差和標準差Std為<mrow><mi>Std</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>StdH</mi><mi>A</mi></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>%</mo></mrow>以誤差標準差Std作為比較和評測光學條紋正弦性好壞的標準。2.根據權利要求l所述的一種光學條紋正弦性評測方法，其特征在于所述的步驟(1)中的投射器、相機和光屏的位置和姿態，在多次條紋移相和相機拍攝過程中，保持不變。3.根據權利要求l所述的一種光學條紋正弦性評測方法，其特征在于所述的步驟(1)中的移相和拍攝的次數為2/P，P為相位間隔。4.根據權利要求l所述的一種光學條紋正弦性評測方法，其特征在于所述的步驟(1)中的相位間隔P小于或等于n/4。全文摘要一種光學條紋正弦性評測方法，用于基于正弦條紋投射的立體視覺測量中的光學投射條紋的正弦性評測。該方法將投射器出射的光學條紋投于光屏上，調整投射器參數，使條紋按照一定相位間隔P進行連續移相，每次移相后用相機拍攝光屏上的條紋，移相和拍攝次數為2π/P，在多次條紋移相和相機拍攝過程中，投射器、相機和光屏的位置和姿態需保持不變；然后，根據拍攝得到的條紋圖像，以條紋上任意一點在不同圖像中的灰度值變化，擬合正弦曲線，計算得到投射器出射條紋的誤差標準差，作為評測光學條紋正弦性好壞的標準。該方法具有簡單、靈活、可靠性好的特點，可用于各種正弦條紋投射器的測試和評價，也可用于影響條紋正弦性的因素分析等方面。文檔編號G01B11/24GK101694376SQ20091023621公開日2010年4月14日申請日期2009年10月23日優先權日2009年10月23日發明者周杰,姜宏志,李冬,李旭東,趙慧潔申請人:北京航空航天大學;