[发明专利]基于激光散斑极限约束投影的高反射物体测量方法及系统

说明书

基于激光散斑极限约束投影的高反射物体测量方法及系统，其只需要简单的激光发射和图像采集设备即可较精确的完成高反射物体的测量，结构简单，无需涂抹防反射材料或采取接触式测量，保证被测物体不受损害，并且对于工业生活中常见物体的测量，具有一定的通用性，有效降低高反射物体反射光线带来的影响，提高反射物体的三维测量精度。方法包括：(1)构建相机数学模型，获得相机的内参和外参；(2)在相机基线方向上向高反射物体表面投射条带状散斑，平移台驱动物体移动，相机采集多组图片；(3)采用Fusiello极限校正法进行校正；(4)进行立体匹配，求取左右图片的视差并得到视差图；(5)获取三维点云数据；(6)重构此物体的三维形貌。

技术领域

本发明涉及光学三维测量的技术领域，尤其涉及基于激光散斑极限约束投影的高反射物体测量方法，以及基于激光散斑极限约束投影的高反射物体测量系统。

背景技术

在三维测量领域中，光学三维测量技术，具有非接触测量、速度快、准确度高、自动化程度高等优点，被广泛应用于机器视觉、逆向工程、医疗诊断和医学美容、人体测量、制造工业等领域，并取得了较大的进展。但是在工业与日常生活中，存在着大量的高反射物体，例如陶瓷用品、金属零件等，这类被测物体表面反射率变化范围较大，传统的光学三维测量方法难以测量。因此，寻找一种高精度、结构简单的高反射物体的测量方法，是现阶段三维测量领域迫切需要解决的问题。

在现有的光学三维测量研究方法中，位相测量轮廓术是测量漫反射物体三维形貌的重要方法之一，它的基本原理是：投影系统向被测物体投射移相正弦条纹，相机获取经物体变形的正弦条纹，通过解包裹算法获得被测物体的三维形貌。该方法中，被测物体表面发生漫反射的造成的相位干扰在两个相机中是相同的，因此可以消除漫反射带来的误差，实现对表面存在漫反射物体的三维测量。但是，利用该方法对表面反射率较高或者表面内存在互相反射的物体进行测量时，反射后的光线会发生混叠，因此位相测量轮廓术难以实现对高反射物体的三维测量。

另外，文献《3D Shape and Indirect Appearance By Structured LightTransport》提出了一种结构光传输技术(SLT)，用以测量高反射物体三维形貌。该技术仅对光域进行处理，不需要后续的计算，是一种只输出实时采集图像的物理设备通过特殊设定好的硬件设备消除反射的方法，因此可以忽略被测物体表面发生的光传输的复杂性。使用此方法能够以几何方式分析光的传输过程，但这种方法需要保持投影仪和相机前的掩膜时空上的同步性，其硬件设备需要特殊调制，使得测量系统变得十分复杂，较难实现。

高反射物体的测量难点在于接收器接收到的是高反射物体的表面产生光线混叠之后的信息，无法对高反射物体进行正确的三维测量，为了解决现有技术的不足，需要研究一种结构简单，精度较高，具有一定通用性，可以消除高反射物体表面折射光线混叠带来影响的设计系统。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于激光散斑极限约束投影的高反射物体测量方法，其只需要简单的激光发射和图像采集设备即可较精确的完成高反射物体的测量，结构简单，无需涂抹防反射材料或采取接触式测量，保证被测物体不受损害，并且对于工业生活中常见物体的测量，具有一定的通用性，有效降低高反射物体反射光线带来的影响，提高反射物体的三维测量精度。

本发明的技术方案是：这种基于激光散斑极限约束投影的高反射物体测量方法，其包括以下步骤：

(1)基于相机小孔成像原理，构建相机数学模型，使用数学软件计算获得相机的内部参数和外部参数；

(2)在相机基线方向上向高反射物体表面投射条带状散斑，平移台驱动高反射物体移动，相机采集多组图片；

(3)利用步骤(1)标定获得的相机参数，采用Fusiello极限校正法对步骤(2)采集的图片进行校正；