一種基于相位信息輔助的散斑匹配三維測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明將單幅散斑條紋和相移光柵條紋投影相結合的H維輪廓測量方法和系統 構成。系統通過向物體表面投射單幅散斑圖案利用灰度區域相關算法獲得初始匹配點對； 然后通過投射相移光柵條紋解得的主值相位場對獲得的點對進行精確匹配。最后根據待測 物體左右攝像機獲得圖片的匹配點對，即可測量物體的H維輪廓，重構物體的H維形狀。屬 于H維信息重構的領域。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術和工業生產的快速發展，對物體測量精度的要求也越來越高。光學 H維測量技術通過對物體圖像的分析，得到被測物體表面形狀的H維信息。在虛擬現實、實 物仿形、工業制造與檢測、質量控制、文物保護等領域都有著廣闊的應用前景。
[0003] 投影散斑圖案是光學H維物體輪廓測量中發展較為成熟的一種方法。該方法通過 投射散斑紋理進行雙目立體匹配。而投影光柵相位法是光學H維物體輪廓測量的另一種重 要方法。該方法首先通過相移法獲得相位場主值。再通過解包裹算法得到完整連續的相位 場并進行雙目立體匹配。上述方法在進行立體匹配后進而均可得到物體的H維信息。
[0004] 雙目立體匹配是H維測量技術中關鍵的一步，它的準確性直接影響著獲得的待測 物體H維信息的準確性。然而，在利用散斑圖案進行匹配的過程中，只能獲得像素級別的 匹配數據，還需采用像素插值算法進行數據擬和處理獲得亞像素數據。而近年來提出的投 影光柵相位法在處理不連續物體或者階梯狀物體的H維重構方面仍有不足之處。同時，為 了進行解包裹操作獲得絕對相位值，還需要投射較多的輔助圖像，因此直接影響了測量的 速度。為此，有許多方法對此加W改進，常見的方法是將相移法與多視角相結合，利用H角 法計算出每一個像素所在的周期數，提出了在未解包裹的主值相位中尋找到匹配點對的方 法。該方法雖然可W在未解包裹的情況下進行雙目匹配，但是存在著計算復雜，對設備要求 較高的問題，因此在實際應用中仍然存在著較多的問題。
[0005] 技術問題：針對投影散斑和投影光柵相位法各自的特點，本發明提出了一種投 射散斑圖案并利用相位信息精確匹配的物體H維測量系統。使得在只獲得待測物體的主值 相位信息而未進行解包裹操作的情況下仍能進行高精度的H維測量。與傳統相移法相比， 該算法減少了投射條紋的幅數，在保證測量精度的情況下節省了測量的時間。
[0006] 技術方案；本方法首先在物體表面投影隨機生成的散斑圖案，并找到左側攝像機 獲得散斑圖像中每一像素點在右側攝像機獲得散斑圖像中的初始匹配像素點。再通過投影 光柵相位法獲得主值相位，對每一對匹配點進行亞像素的精確定位。在進行精確匹配的過 程中，由于主值相位的周期變化性，會出現初始匹配點對位于主值相位周期分界處附近的 情況。此時由于相位值的突變，無法直接獲得精確匹配結果，而需要對于初始匹配點及附近 的相位值進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對的 大致位置，代替了傳統的投影光柵相位法中實現難度較大的解包裹算法。
[0007] 本發明的基于相位信息輔助的散斑匹配的H維測量方法的具體步驟如下： 步驟1 ;對于攝像機的成像平面，建立W像素點為單位的圖像坐標系坐標系的原 點位于圖像的左下角，橫、縱像素軸分別為U軸和讀I，調整兩臺攝像機的相對位置使兩者 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，并分別利用攝像機拍攝條紋圖，調整攝像機的位置，使得投射的條紋 在攝像機的成像平面上分別呈現為水平方向和垂直方向，保證兩攝像機的光軸相互平行， 成像平面平行于參考面，同時對于同一條水平條紋，在左右攝像機的成像平面內的縱像素 坐標相同； 步驟2 ;對左右兩臺攝像機進行標定，分別獲取其內外參數； 步驟3 ;利用投影散斑圖案對攝像機獲得的兩幅圖像進行初步的點對匹配，具體步驟 如下： 步驟3. 1 ;利用計算機生成一幅散斑圖案，圖案的像素大小等于投影儀的分辨率，設定 圖案的每個像素點的灰度值隨機地取為255或者0 ; 步驟3. 2 ;將得到的散斑圖案投射到待測物體的表面，利用攝像 機拍攝得到待測物體的左右兩幅圖像，設左攝像機圖像中任意一點 %其坐標為;匹配范圍為右攝像機圖像的相同一行及上下2行；設匹配范圍中某點 坐標為通過下式可W求得%與該點的灰度區域相關系數P :
【主權項】
1. 一種基于相位信息輔助的散斑匹配的H維測量方法，其特征在于該方法的具體步 驟如下： 步驟1 ;對于攝像機的成像平面，建立W像素點為單位的圖像坐標系坐標系的原 點位于圖像的左下角，橫、縱像素軸分別為U軸和讀I，調整兩臺攝像機的相對位置使兩者 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，并分別利用攝像機拍攝條紋圖，調整攝像機的位置，使得投射的條紋 在攝像機的成像平面上分別呈現為水平方向和垂直方向，保證兩攝像機的光軸相互平行， 成像平面平行于參考面，同時對于同一條水平條紋，在左右攝像機的成像平面內的縱像素 坐標相同； 步驟2 ;對左右兩臺攝像機進行標定，分別獲取其內外參數； 步驟3 ;利用投影散斑圖案對攝像機獲得的兩幅圖像進行初步的點對匹配，具體步驟 如下： 步驟3. 1 ;利用計算機生成一幅散斑圖案，圖案的像素大小等于投影儀的分辨率，設定 圖案的每個像素點的灰度值隨機地取為255或者0 ; 步驟3. 2 ;將得到的散斑圖案投射到待測物體的表面，利用攝像 機拍攝得到待測物體的左右兩幅圖像，設左攝像機圖像中任意一點 %其坐標為(叫，vi);匹配范圍為右攝像機圖像的相同一行及上下2