彩色物体三维轮廓测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108225217A(43)申请公布日2018.06.29(21)申请号201711464928.5(22)申请日2017.12.28(71)申请人中国科学院西安光学精密机械研究所地址710119陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号(72)发明人宋宗玺李宝鹏李伟雷浩成鹏飞申超高伟樊学武(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211代理人陈广民(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称彩色物体三维轮廓测量方法(57)摘要本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种彩色物体三维轮廓测量方法。本发明首先利用光度计测量出3CCD相机的三通道耦合矩阵，消除物理器件对测量过程的影响，相比于利用投影红、绿、蓝图像至白纸上计算耦合矩阵具有更高的精度；对于彩色物体表面反射率的求取，该方法实质上相当于在物体每一点都投影了三原色，利用互补关系，通过叠加互补色，求取的反射率矩阵K抵消了干扰。较之投射均匀白光求取的反射率K，投影互补彩色条纹的方法能起到更好的结构光条纹补偿效果，补偿后的图像具有更好的正弦性。本方法只需投影四副图像至彩色物体表面就可以更精确的求得彩色物体的三维轮廓信息，兼顾了测量速度，可以实现快速测量的目标。CN108225217ACN108225217A权利要求书1/2页1.一种彩色物体三维轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)测量彩色3CCD相机的三通道耦合矩阵A，并求出逆矩阵A-1；2)制作三幅由红、绿、蓝三色组成的呈互补关系的条纹图，第一幅条纹图是按红、绿、蓝顺序排列的格雷编码条纹图，第二幅条纹图按绿、蓝、红顺序排列，第三幅条纹图按蓝、红、绿顺序排列；同一个像素点在三幅条纹图中的像素值之和为255；3)将步骤2)制作的三幅互补的条纹图投影至被测彩色物体的表面；4)用彩色3CCD相机分别采集得到变形条纹图，并通过彩色数字图像卡将变形条纹图的图像数据输送至计算机；5)将三幅变形条纹图中的同一个像素点的实际像素值逐个进行叠加，求解每一个像素点的反射率矩阵K，并求出逆矩阵K-1；6)生成三幅具有同周期、同振幅、相邻条纹有120度相位差的正弦条纹图，然后将这三幅正弦条纹图作为彩色图像的三层数据，生成彩色相移条纹图；7)将步骤6)生成的彩色相移条纹图投影至被测彩色物体的表面；8)用彩色3CCD相机采集得到变形相移条纹图，并通过彩色数字图像卡将变形相移条纹图的图像数据输送至计算机；9)利用步骤1)得到的A-1和步骤5)得到的K-1对变形相移条纹图中每一个像素点进行补偿，还原出准确的彩色编码信息与相位信息；10)采用相移法从补偿后的图像中提取出包裹相位信息，并进行相位解包裹；根据相位解包裹之后的相位图，利用三角法原理求得每一个像素点的高度信息，得出彩色物体三维轮廓。2.根据权利要求1所述的彩色物体三维轮廓测量方法，其特征在于：步骤6)中的正弦条纹图是由Matlab软件生成的光强按正弦规律变化的正弦条纹图。3.根据权利要求2所述的彩色物体三维轮廓测量方法，其特征在于：步骤6)中产生正弦条纹图的公式为其中，(u,v)为像素坐标，I为投射光强值，Im为投射光强的最大值，f为条纹空间频率，δ为条纹的初相位。4.根据权利要求3所述的彩色物体三维轮廓测量方法，其特征在于：步骤6)中产生彩色相移条纹图的公式为其中，I1、I2和I3分别为三个正弦条纹图的投射光强值。5.根据权利要求1-4中任一所述的彩色物体三维轮廓测量方法，其特征在于：步骤10)2CN108225217A权利要求书2/2页中提取包裹相位信息的方法是利用Matlab软件把采集到的变形相移条纹图分为三幅相移灰度图像，利用三步相移技术求解变形相移条纹图的相位分布，求得物体的包裹相位。3CN108225217A说明书1/5页彩色物体三维轮廓测量方法技术领域[0001]本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种彩色物体三维轮廓测量方法。背景技术[0002]现有的彩色物体三维轮廓测量的仪器主要是采用一维或二维机械装置控制结构光进行物体的扫描，这些仪器的共同缺点为测量速度较慢。如意大利国家研究委员会利用结构光扫描实现彩色三维轮廓测量的仪器和日本KonicaMinolta公司的Vivid910系列采用激光三角测距原理的便携式激光扫描仪。[0003]结构光投影式测量系统具有：测量速度快，全场一次成像的优点。但是现有的结构光投影式系统的测量对象为白色或浅色物体，或在彩色被测物上喷显影剂，对于彩色物体的测量还没有找到一种好办法。[0004]在传统的结构光投影式三维测量中，投影出的结构光受到被测物体表面颜色的影响，导致结构光颜色误判增加。由于物体表面具有不同的颜