[发明专利]实时光学三维测量中动态场景无效点的自动识别与排除方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种实时光学三维测量中动态场景无效点的自动识别与排除方法。

背景技术

近年来随着数字投影设备的迅速发展，利用基于数字光处理（DPL）技术的投影仪来生成以及控制光栅条纹变得越来越方便。因此，具有高分辨率、低成本、投影速度快的基于数字光栅条纹投影的实时三维测量系统在的工业检测、快速逆向工程、生物医学、娱乐等诸多领域有着巨大的发展空间。

然而利用数字光栅条纹投影实现实时光学三维测量仍面临着许多问题与挑战。首先，尽管测量速度很快，但由于测量的场景始终是动态的，一定程度上违反了相移法的基本假设，导致物体边缘会产生大量的无效点。第二，测量过程易于受到摄像机或投影仪自身噪声以及不稳定测量环境的影响，致使测量误差增大，产生无效点。最终产生的这些无效点，大大的降低了测量的精度。所以为了提高实时三维光学测量的精度，无效点的排除是十分必要的。

目前现有的无效点排除方法主要都是针对非实时的静态场景而提出的，而当需要处理实时的动态场景中产生的无效点时，所使用的方法是对得到的相位图直接进行高斯滤波，这种方法尽管滤除了部分无效点，但也一定程度上同时破坏了测量结果，降低了测量的准确度和精度。所以无损的、系统的能适用于实时动态场景的无效点排除方法仍然较为缺乏。

发明内容

本发明解决了测量动态场景时，测量结果中存在无效点影响测量精度的难题，且该方法对测量结果本身不会造成破坏。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种实时光学三维测量中动态场景无效点的自动识别与排除方法，包括以下步骤：

步骤一：利用投影仪对待测物表面各投影一组高频正弦光栅条纹和一组低频正弦光栅条纹，两组正弦光栅条纹均包含N幅相移为2πn/N的正弦光栅条纹，使用摄像机采集包含了待测物表面信息的高频正弦光栅条纹和低频正弦光栅条纹；分别在高频正弦光栅条纹和低频正弦光栅条纹里使用N步相移算法计算获得待测物表面每个被测点对应的像素点被包裹的高频相位值φ(x,y)和低频相位值φ′(x,y)，然后使用双频时间相位去包裹算法计算获得去包裹以后的相位值Φ₁(x,y)；同时计算待测物表面同一被测点对应像素点的高频正弦光栅条纹所包含的相位调制度值B_High(x,y)和低频正弦光栅条纹所包含的相位调制度值B_Low(x,y)；其中(x,y)为摄像机图像像素点坐标；

步骤二：将每个像素点去包裹以后的相位值Φ₁(x,y)代入公式（1），判断公式（1）是否成立，若公式（1）不成立，则对应像素点为无效点，予以排除；若公式（1）成立，则对应像素点予以保留，

E>ΣnN(Kn′′-Kn′)2N---(1)]]>

式（1）中，n取值依次为1、2、3…N，N为相移算法的总相移步数，E为公式（6）的判断阈值，取值范围在0至1之间；

式（1）中，中间量K_n′＝cos[Φ₁(x,y)+2πn/N]；