[发明专利]一种基于主辅双视角多灰度级投影的高反射表面结构光三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于主辅双视角多灰度级投影的高反射表面结构光三维测量方法。基于高反射表面反光特性，建立一个主辅双视角结构光三维重建系统。通过额外引入一个辅助重建视角，使得单次投影重建过程中可避开由于镜面反射造成的图像过曝，在主重建视角下图像过曝的区域，采用辅助视角下的图像重建进行补偿，实现在单次视角下重建更多的点，提升测量速度及效率，同时采用共用同一投影仪的方式也很好的节约了硬件成本，结合多灰度级投影方法，通过逐级降低投影强度，对在主辅双视角下均过曝的点进行重建，进而重建出完整的高反射表面，同时提出了一种双视角下过曝点判别方法，以此判别该点是否在主辅视角下均过曝。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体地说，是一种基于主辅双视角多灰度级投影的高反射表面结构光三维测量方法。

背景技术

现实世界中，人类所感知到的物体都是三维的。在过去的几十年里，随着科技的快速发展，三维形貌测量技术在工业制造、生物医疗、国防安全、动画制作、虚拟现实、三维打印等领域有了越来越多的应用。由于结构光技术具有全场扫描、高分辨率和高精度的优点，同时得益于DLP(Digital Light Processing)技术的快速发展，使得所投射的结构光图案可以通过计算机编程灵活地进行选择，最大限度地提高测量精度和测量速度，这些优势使其成为目前工程应用中最有发展前途的三维数据获取方法。

但是，结构光三维测量技术在应用中仍然存在一些问题，比如要求测量时环境光照限制在一定范围内，被测物体必须是漫反射表面，且表面反射率变化范围不大。当输入的强度超过相机传感器的感光范围时，图像中会产过曝光，而当降低投影强度时则会产生欠曝光。这两种情况都会导致提取的相位图出现明显的误差，从而导致三维形状的测量。

目前高反射表面结构光三维测量方案主要有两种：一是通过设计复杂光学系统，如通过使用多角度投影、多角度拍摄、多光谱等光学方法消除过曝；二是采用高动态图像技术(High dynamic range imaging，HDRI)，调整相机曝光或者投影强度，采集多帧图像融合为HDR图像消除过曝现象。这两种方法均能够能对过曝区域进行补偿，一定程度上解决过曝问题，但是各自存在一定的缺陷。其中，复杂光学系统方法想达到理想效果需要对系统进行精密设计，结构相对复杂，同时系统成本高；而HDRI技术投影序列长，导致测量时间过长，测量效率低；此外，以上方法对于靠近镜面反射角附近的像素点存在无法完全重建的问题，点云重建完整度有待提高。

本发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于主辅双视角多灰度级投影的高反射表面结构光三维测量方法：

1)基于高反射表面反光特性，建立一个主辅双视角结构光三维重建系统。相比传统双目结构光系统，该系统为共用一个投影仪的两组单目重建系统组合而成。通过额外引入一个辅助重建视角，使得单次投影重建过程中可避开由于镜面反射造成的图像过曝，在主重建视角下图像过曝的区域，采用辅助视角下的图像重建进行补偿，实现在单次视角下重建更多的点，提升测量速度及效率，同时采用共用同一投影仪的方式也很好的节约了硬件成本。

2)考虑到测量物体表面形状的复杂性，仅依靠两个重建视角无法使得表面上全部的过曝点均能够被互补重建，而增加额外的重建视角会增加硬件成本，因此本方法在该系统基础上结合多灰度级投影方法，通过逐级降低投影强度，对在主辅双视角下均过曝的点进行重建，进而重建出完整的高反射表面。同时提出了一种双视角下过曝点判别方法，以此判别该点是否在主辅视角下均过曝，并在重建过程中，对主辅双视角下重复重建的点进行删除。