[发明专利]一种结构光三维成像系统及非线性误差抑制方法

权利要求书

1.一种结构光三维成像系统，其特征在于，包括计算机、目标物、相机、光栅发生器、传送带、运动控制器与投影物镜；

所述计算机分别与所述相机、所述光栅发生器、所述运动控制器连接，所述相机与投影物镜依次设置于所述传送带的一侧，所述光栅发生器设置于目标物的顶部；

所述运动控制器还与所述传送带连接，所述目标物位于所述传送带上。

2.根据权利要求1所述一种结构光成像系统，其特征在于，所述相机有两个，且分别位于所述投影物镜的两侧。

3.一种结构光三维成像非线性误差抑制方法，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的结构光三维成像系统，包括以下步骤：

S1、利用所述结构光三维成像系统拍摄所述目标物的图像；

S2、利用非线性误差抑制方法处理所述目标物的图像；

S3、采用四步相移法重建目标物的高清三维图像。

4.根据权利要求3所述的一种结构光三维成像非线性误差抑制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、判断图像是否存在伽马畸变及图像的伽马畸变程度；

S22、根据图像的伽马畸变程度对图像的伽马畸变进行伽马校正。

5.根据权利要求4所述的一种结构光三维成像非线性误差抑制方法，其特征在于，所述步骤S21包括以下步骤：

S211、用正弦条纹进行投影，若不存在伽马畸变，由于正弦反向条纹图像的相位值与原条纹图案相位值相差180度，即条纹波峰与波谷的位置相反，此时不同相移量的一组条纹图案求和得到的平均光强值A是一致的；若存在伽马畸变，则不满足正弦条纹图案这一特性，对一组具有伽马畸变的条纹图案求和，可以得到：

上式中(x,y)是投影图案上某一个像素的坐标，I_n和是关于(x,y)的变量，I_n表示(x,y)这一点的光强值，而表示不同相移量的(x,y)这一点的光强值，A是整个被测环境的平均光强值，γ表示结构光系统的伽马值，其描述了系统的非线性畸变程度，B是光强调制系数，反映了被测物体表面的反射率，N是相移步数，表示条纹图像总数，n是相移序号，用于标出某一条纹图像在整组图像中的编号，且

S212、投影多个不同δ_n的光栅图像得到的A'相减，得到的差值ΔA'可以表示为：

上式中ΔA'随着δ和变化而变化，当步骤1公式中的伽马值γ等于1时，也就是当条纹图像不存在非线性畸变时，带入ΔA'的计算公式可以得到，条纹图案中的二阶及二阶以上的谐波被消除，且只有此时ΔA'恒等于0，因此，ΔA'可以被用来判断条纹图案出现的非线性畸变程度，当ΔA'＝0时，条纹图像不存在非线性畸变；当ΔA'≠0时，条纹图像存在非线性畸变。

6.根据权利要求5所述的一种结构光三维成像非线性误差抑制方法，其特征在于，所述步骤S212还包括以下步骤：

将所述步骤S212中的谐波项合并得：

7.根据权利要求6所述的一种结构光三维成像非线性误差抑制方法，其特征在于，所述步骤S22包括以下步骤：

S221、令此时生成的四幅条纹图案刚好就是四步相移法中的条纹图案，这就使得校正过程可以在测量过程中完成，大大提升了误差校正的速度，使用四步相移法得到ΔA'，ΔA'可表示为：

S222、令用于校正的伽马系数为γ′，那么校正后的含有目标物的结构光图像I'_n可以写成：

I'_n＝(I_n)^γγ’；

S223、采用迭代的方式计算系统的伽马系数，将所述步骤S221与所述步骤S222联立可得目标函数J(γ')如下：

通过将上述目标函数降至最低值，即可找出系统的伽马系数；也可以带入[a,b]内的伽马系数进行对比，并找出目标函数最小值对应的即可；

步骤S224、将所述步骤S223得到的伽马系数γ’带入公式：

I'_n＝(I_n)^γγ’

即可得到校正后的含有目标物的结构光图像I'_n。