[发明专利]一种结构光测量系统的二值图案离焦投影方法

说明书

本发明公开了一种结构光测量系统的二值图案离焦投影方法，解决了生成二值离焦投影图案因条纹周期宽度长短而出现误差较大问题，提出一种新的因应用场合不同而不断调整投影条纹周期宽度，减少不断迭代跳变次数，适用于快速测量的应用场合，并且在离焦投影状况下投影正反格雷码条纹，解决了因格雷码条纹边缘模糊导致相位求解误差较大的问题，并且利用正反格雷码法确定的相交点位置对于离焦程度不相关，都在同一像素点上，保证了该方法的稳定性与高精度。

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种结构光测量系统的二值图案离焦投影方法。

背景技术

目前结构光三维测量技术主要是通过向目标物体投影正弦条纹，利用计算机采集的条纹图像获取相位信息从而得到物体的三维形貌。但是受投影仪原理所限，投影传统的正弦条纹无法满足高速测量的要求。同时投影仪的非线性特性使得投影出来正弦条纹发生了变化，从而导致在后续处理中会引入额外的相位误差。

针对投影仪投影存在问题，改用离焦投影一种二值条纹，以提高测量系统的测量速度，同时避免投影仪的非线性问题。但对于投影仪离焦投影技术的关键点在于设计离焦投影二值条纹。常见离焦投影二值条纹主要包括有二进制条纹、脉冲宽度调制(PWM)技术、经抖动算法生成的二值条纹、还有最佳候选块二值条纹生成等等方法。

其中二进制条纹投影方法简单，投影速度快，测量速度也快，但总是存在大量的高次谐波，会降低生成条纹的正弦性，极大地影响投影条纹的质量，从而引入相位误差。脉冲宽度调制(PWM)技术能有效减少高次谐波对条纹质量的影响，减少测量的相位误差，但是PWM技术往往用来处理条纹较窄的二值条纹，在二值条纹周期宽度较大时效果较差。经抖动算法生成的二值条纹方法虽能解决了宽周期条纹质量差的问题，但是难以处理短周期二值条纹的设计，对应不同应用场合有不同效果，测量相位精度不同。还有最佳候选块二值条纹生成方法能够根据测量场合不断调整投影的二值条纹，使得测量得到的相位误差最小，提高测量的准确性，但由于生成的最佳候选块二值条纹需不断迭代跳变，导致投影生成二值条纹速度慢，不适应快速测量的应用场合。

发明内容

本发明提供了一种结构光测量系统的二值图案离焦投影方法，用于解决现有生成的最佳候选块二值条纹需不断迭代跳变，导致投影生成二值条纹速度慢，不适应快速测量的应用场合的技术问题。

本发明提供的一种结构光测量系统的二值图案离焦投影方法，包括：

根据离焦生成的正弦条纹的对称性和周期性，选取像素大小为Sx×Sy的二值图像作为二值块，将所述二值块拼接生成条纹图像，其中，Sx表示X方向的长度，Sy表示Y方向的长度；

二值块为生成投影条纹周期的一半，对上述二值块进行对称得到一周期的二值块；

确定上述二值块中每个像素的灰度值分布，每个上述像素的灰度值为1或0；

所述确定上述二值块中每个像素的灰度值分布具体包括：将Sx分为三部分，其中前后两部分长度相等，像素灰度值相反，根据Sx的奇偶公式来确定中间部分的范围取值Mx，所述奇偶公式具体为：

其中n≤Sx/2；

根据中间部分范围Mx的取值区间，然后按Mx从小到大进行取值；

对Sx×Sy二值块进行随机赋值，然后利用确定好的Sx×Sy二值块进行对称，拼接生成整个周期的至少一个条纹图案；

选取至少一个所述条纹图案中整幅二值图像经投影仪离焦后得到的图像和理想正弦图像之间的相位均方根误差最小的一幅条纹图案作为在Mx值下的最优投影二值图案；

改变中间部分范围取值，并比较Mx在不同取值下离焦投影求得相位与理想正弦条纹之间相位均方根误差大小，取相位均方根误差最小的条纹图案作为最佳投影二值图案；