[发明专利]针对高反光物体的一种基于彩色图像检测的三维测量方法

权利要求书

1.针对高反光物体的一种基于彩色图像检测的三维测量方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一，利用三维测量系统对彩色图像中的高反光区域进行检测，将图像分为非反光区域和反光区域；

步骤二，对于非反光区域，采用基于三步相移的高频条纹图进行三维测量；

步骤三，对于反光区域，采用基于多步相移的低亮度低频条纹图进行三维测量；

步骤四，对两种三维测量结果进行融合，从而得到最后的具有高完整度的三维测量结果。

2.根据权利要求1所述的针对高反光物体的一种基于彩色图像检测的三维测量方法，其特征在于，所述三维测量系统包括一个彩色相机和一个投影仪，投影仪只能投影灰度值为0-255范围内的灰度图像，彩色相机同步采集图像。

3.根据权利要求2所述的针对高反光物体的一种基于彩色图像检测的三维测量方法，其特征在于，所述步骤一具体为：

首先，投影仪对物体投影一幅均匀光强图案，I₀(x,y)表示投影的均匀光强图案中每个像素的光强值，I₀(x,y)＝128，彩色相机同步采集得到RGB图像Y(x,y)表示RGB图像中每个像素的亮度值，Y(x,y)＝0.2126×R(x,y)+0.7152×G(x,y)+0.0722×B(x,y)，R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)分别是RGB图像的三个通道的图像；

然后，对RGB图像进行归一化，

r(x,y)＝R(x,y)/(R(x,y)+G(x,y)+B(x,y))

g(x,y)＝G(x,y)/(R(x,y)+G(x,y)+B(x,y))

b(x,y)＝1-r(x,y)-g(x,y)

r(x,y)、g(x,y)、b(x,y)分别是归一化后的RGB图像的三个通道的图像，

并对归一化后的RGB图像重新计算亮度，

y(x,y)＝0.2126×r(x,y)+0.7152×g(x,y)+0.0722×b(x,y)；

最后，比较y(x,y)和Y(x,y)获得反光区域的检测结果，

其中，非反光区域的判断条件Mask(x,y)＝0，反光区域的判断条件Mask(x,y)＝1。

4.根据权利要求3所述的针对高反光物体的一种基于彩色图像检测的三维测量方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

首先，通过投影仪投影基于三步相移的高频条纹图：

其中，和为投影仪投影的三步相移条纹图像，(x^p,y^p)为投影仪平面的像素坐标，W是投影仪的水平分辨率，f是三步相移条纹图像的频率；

其次，通过彩色相机同步拍摄投影的条纹图像，采集的三步相移条纹图像的光强图被表示为：

I₁(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos(Φ(x,y))

I₂(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos(Φ(x,y)+2π/3)

I₃(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos(Φ(x,y)+4π/3)

其中，I₁(x,y)、I₂(x,y)和I₃(x,y)为对应的三步相移条纹图像光强图，(x,y)为相机平面的像素坐标，A(x,y)为背景光强，B(x,y)为条纹的调制度,Φ(x,y)为待求相位；

然后，基于采集的三步相移条纹图像，包裹相位图由下式计算而得：

由于arctan函数的截断效应，求得的相位图为包裹相位，其值域为[0,2π]，其与Φ(x,y)的关系如下：

其中，k(x,y)为相位的周期级次，其值域为[0,f-1]范围内的整数；

然后，根据多频时间相位展开算法获得绝对相位Φ(x,y)；

最后，根据相机和投影仪之间的系统参数和非反光区域的判断条件Mask(x,y)＝0，实现非反光区域的三维测量。

5.根据权利要求3所述的针对高反光物体的一种基于彩色图像检测的三维测量方法，其特征在于，所述步骤三具体为：

首先，投影仪投影基于多步相移的低亮度低频条纹图进行三维测量：

其中，为投影仪投影的基于多步相移的低亮度低频条纹图，N是低亮度低频条纹图的总相移步数，f_low为低亮度低频条纹图的频率，W代表投影仪的横向分辨率，(x^p,y^p)是投影仪的投影平面上的二维坐标；

其次，彩色相机同步拍摄投影的多步相移条纹图像，通过多步相移算法获得高反光区域的相位；

然后，根据多频时间相位展开算法获得绝对相位；

最后，最后根据相机和投影仪之间的系统参数和反光区域的判断条件Mask(x,y)＝1，从而实现高反光区域的三维测量。