[发明专利]一种视觉测量镜面反射光干扰抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉测量技术领域，特征一种视觉测量镜面反射光干扰抑制方法。

背景技术

立体视觉测量技术基本原理如图1所示，采用两个光源(1-1、1-2)照明被测对象(2)表面粘贴的白色圆形人工标记点(3)，采用两台摄像机(4-1、4-2)同步拍摄被测对象表面人工标记点(3)的图像，在拍摄图像中识别和定位人工标记点圆心图像坐标，通过三维重建得到人工标记点圆心三维坐标，进而实现被测对象粘贴人工标记点位置处的三维坐标测量，并以此获得被测对象的位置、姿态、变形等信息。该技术已被广泛应用于工业制造、机械加工与装配、航空航天、军事测绘、空气动力学试验等诸多领域。

在实际应用中，经常需要测量镜面对象，这些光滑对象表面容易形成镜面反射光，给视觉测量带了很大困难。当摄像机、光源、被测对象表面构成镜面反射时，镜面反射光进入摄像机中产生炫光，炫光使摄像机过饱和、在图像中形成高亮白色区域，与白色人工标记点图像亮度相似，给在图像中识别和定位人工标记点造成困难。此外，当镜面反射区域较大、反射光强度较高时，还会使白色人工标记点淹没在炫光产生的高亮白色区域中，从而根本无法在图像中找到人工标记点，导致无法获取测量数据的问题。

视觉测量中产生炫光干扰问题的本质原因是：现有视觉测量成像方法采用反射光成像。如图2所示，利用光源(1)发射光线(5)在人工标记点表面的反射光线(6)成像，当被测对象表面存在镜面反射区域时，镜面反射光线(7)也会进入摄像机，产生炫光干扰问题。因此，必须改变人工标记点表面反射光线(6)和被测对象表面镜面反射光线(7)的特性，并根据它们的不同特性，通过光路选通技术截断镜面反射光线(7)，才能解决炫光干扰问题。目前，针对该问题，摄影界主要采用偏振成像技术用于消弱镜面反射光干扰。偏振成像根据被测对象表面漫反射光线和镜面反射光线具有不同偏振态用于消除镜面反射光。反射光线的偏振态由材料表面属性和入射角等因素决定，当它们的偏振特性存在重叠时，炫光干扰抑制效果欠佳。因此，在实际应用中，偏振成像方法并不能完全消除镜面反射引起的炫光干扰问题。另外，刘庆龙等(风洞环境中标志点的识别与跟踪及机翼弹性变形测量.华中科技大学.硕士论文.2013)通过多帧图像中人工标记点位置跟踪的方法可以补偿出部分帧中丢失的人工标记点位置。但是，刘庆龙等提出的方法依赖于多帧图像中人工标记点位置历史信息，当某一人工标记点在所有图像中都被淹没或只有1帧图像时，将无法处理。

发明内容

本发明的目的是为解决视觉测量中镜面反射光干扰问题，提供一种新的视觉成像方法。

本发明解决上述问题采用的技术方案：如图3所示，采用紫外或紫色光源(10)用于照明，光源(10)的波长为a1，取值范围为：200～400nm；在被测对象(2)表面，采用荧光材料(8)制作荧光人工标记点(9)，荧光人工标记点(9)表面荧光材料(8)在光源(10)发射光线(11)激发下向外辐射荧光(12)，荧光(12)波长为a2，取值范围为：400～1000nm，a2>a1；根据光源(10)发射光线(11)波长a1和荧光(12)波长a2，采用通过波长为a2的窄带滤光片作为第一滤光片(14)，将第一滤光片(14)置于摄像机(4)前端，第一滤光片(14)截断光源(10)发射光线(11)在被测对象(2)表面的镜面反射光(13)、通过荧光人工标记点(9)在光源(10)发射光线(11)激发下辐射的荧光(12)，使摄像机(4)只对荧光人工标记点(9)表面辐射的荧光(12)成像，不对被测对象(2)表面的镜面反射光(13)成像，消除镜面反射炫光。

当采用的光源(10)发射光线(11)中存在其他颜色光(比如一些低成本UV光源发射光线中通常包含可见光，蓝色光源发射光线中包含其他颜色可见光)，即波长范围超出200～400nm时，如图4所示，在光源(10)前端设置通过波长为a1的窄带滤光片作为第二滤光片(15)，消除光源(10)发射光线(11)中的其他颜色光作为照明光线(16)，减少由照明光线(16)产生的镜面反射光(13)与荧光人工标记点(9)辐射荧光(12)的波长重叠范围，提升镜面反射炫光干扰抑制效果。