一种高反光物体图像修复方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115829860A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211363259.3(22)申请日2022.11.02(71)申请人华南农业大学地址510642广东省广州市天河区五山路483号申请人佛山显扬科技有限公司(72)发明人吕盛坪熊伟李鑫金鸿丁克信德全赵贺杰欧阳斌张胡成(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师牛念(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)G06T7/80(2017.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种高反光物体图像修复方法(57)摘要本发明涉及三维视觉重建的技术领域，更具体地，涉及一种高反光物体图像修复方法，使用张正友立体标定法，获取三维传感器的内外参矩阵；基于相移格雷码构建光源模型并提出光强标定，其中，在进行光强标定时，不用增加额外编码图案，操作简单，方便快捷；在将过曝部分划分为亮暗交替的条纹区域时，条纹光栅宽度适中，抗干扰能力强；通过格雷码解码时，可以很好地消除相位展开误差，减少点云重建的耗时，解码效率高，误差不易积累，提高了重建后点云的完整度。CN115829860ACN115829860A权利要求书1/3页1.一种高反光物体图像修复方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使用张正友立体标定法，获取三维传感器的内外参矩阵；S2：对三维传感器进行光强标定，所需格雷码阶数为N，将灰阶卡置于相机成像范围内，投影仪分别投射全亮、全暗以及格雷码第N阶次的互补码，得到全亮图像、全暗图像以及格雷码互补码图像；S3：根据灰阶卡离散变化的真实灰度，对全亮图像相应处的像素值进行匹配，然后利用最大阈值法提取全亮图像、全暗图像以及格雷码互补码图像中过曝像素位置，并记录对应灰阶卡处的真实灰阶；S4：利用全亮图像、全暗图像以及格雷码互补码图像，求解光照亮度、物体灰度与图像灰度之间的关系，拟合出光源模型的参数；S5：将灰阶卡替换为待测物体，光源按顺序投射1张全亮图案、2N张互补格雷码和4张相移码，三维传感器同步取图，依次记为G0、G1、G2、…、Gn；S6：提取全亮图G0、4张相移图Gi(i＝n‑3，…，n)中的过曝部分作为待修复区域，并记录投影白色光对应处待测物体未过曝部分的灰阶g1与图像坐标(u1，v1)；S7：对步骤S6中各图像的过曝部分，使用全1卷积核提取出锯齿状边界像素坐标，并将过曝部分划分为亮暗交替的条纹区域；S8：根据步骤S4中的光源模型的参数，计算出图像过曝处的修正值，并对修正后的图像进行归一化处理，得到修复后图像Si(x，y)；S9：通过四张相移图得到各像素点处的包裹相位再由格雷码解码后的相移阶次P，解出绝对相位并使用步骤S1中的内参矩阵，将绝对相位转为三维点云。2.根据权利要求1所述的高反光物体图像修复方法，其特征在于，步骤S2中，所需格雷码的阶数N的计算过程为：式中，Wp为投影水平方向的像素数；T为相移光栅单个周期包含的投影仪像素数量；为向上取整符号，返回不小于内部数值的最小整数。3.根据权利要求1所述的高反光物体图像修复方法，其特征在于，步骤S4中，拟合光源模型的过程包括：S41：建立光源模型；S42：求解光源模型。4.根据权利要求3所述的高反光物体图像修复方法，其特征在于，建立光源模型的具体过程包括：S411：对投影图像的灰度值求均值，得到投影的整体等效灰度Bw：式中，Wp为投影水平方向的像素数；Hp为投影竖直方向的像素数；u为图像坐标系下的水2CN115829860A权利要求书2/3页平坐标；v为图像坐标系下的竖直坐标；B(u，v)为像素点对应投影图案处的灰度值；S412：计算图像各像素点(x，y)处的理论光强增益Iw(x，y)：式中，k为投影光源整体感光系数；σ为整幅图像的灰度值标准差；S413：考虑到物体真实色彩，以及成像中外部噪声的影响，整理全暗图像、物体真实灰阶g、理论光强增益，得到含高亮特征的灰度图像G(x，y)：G(x，y)＝γ(g)*[B(x，y)+Iw(x，y)]+G0(x，y)式中，γ(g)为物体的标准灰阶对图像灰度的影响系数；B(x，y)为B(u，v)的连续函数；G0(x，y)为全暗图像。5.根据权利要求4所述的高反光物体图像修复方法，其特征在于，求解光源模型的过程包括：S421：对步骤S3中的全亮图案过曝区域使用轮廓提取函数，保留真实灰阶相同部分的轮廓信息，使用圆心拟合求解出投影仪光心对应的图像坐标(u0，v0)作为高斯模型的原点；S422：在未饱和区域内，对于相同光照的同一张图像，将全亮图像与全暗图像相减消除加性噪声后，比较不同灰阶处灰度值，得到图像像素值与物体灰阶的映射关系：ΔG＝γ(Δg)*B(x，y)式中，ΔG表示图像像素与参考像