本發(fā)明涉及光學(xué)三維測量的，尤其涉及一種高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，還涉及一種高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、物體三維形貌的獲取具有重要的意義，其中光學(xué)三維測量技術(shù)具有非接觸，快速，系統(tǒng)簡單易操作等優(yōu)點(diǎn)，也是目前非接觸式測量應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，在逆向工程，文物遺產(chǎn)保護(hù)，變形檢測，以及工業(yè)零件質(zhì)量監(jiān)測方面都具有了較為成熟的應(yīng)用。而散斑投影三維測量是應(yīng)用最為成熟的方法，該方法是向被測物表面投影隨機(jī)散斑圖案，利用相機(jī)同步采集不同視角的散斑圖案，然后利用立體匹配技術(shù)進(jìn)行匹配處理獲得視差圖，從而利用三角法恢復(fù)三維信息。然而，由于相機(jī)的成像動(dòng)態(tài)范圍有限，結(jié)構(gòu)光三維測量方法在測量陶瓷瓶，飛機(jī)金屬外殼，銑削后工業(yè)零件等高反光被測物時(shí)，大面積的耀光會(huì)造成相機(jī)成像過飽和，此時(shí)使用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光三維測量方法時(shí)，會(huì)造成耀光處的結(jié)構(gòu)光信息丟失，造成重建精度下降，甚至出現(xiàn)大面積的數(shù)據(jù)空洞。

2、針對這一問題，在目前工業(yè)應(yīng)用中，工人們常用的方法是在高反光工件表面噴涂可降解粉末，覆蓋高光部分，但這種方法的缺點(diǎn)是顯而易見的，噴涂粉末不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在被測物表面增加了厚度，測量的準(zhǔn)確性將受到噴涂均勻性的影響。除此最成熟和有效的方法是多次曝光法，該方法指對同一視場在相機(jī)不同曝光時(shí)間下進(jìn)行一系列的成像，從而融合成一幅避免圖像飽和的圖像，該方法需要一定數(shù)量的投影或成像，這限制了在動(dòng)態(tài)三維測量中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其只需單幀成像即可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍三維測量與重建，為高動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)三維測量與重建奠定基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：這種高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其包括以下步驟：

3、(1)采用散斑投影模塊結(jié)合成像模塊組成雙目視覺測量系統(tǒng)，由激光透射衍射元件產(chǎn)生散斑投影到被測物的表面，經(jīng)過被測物表面調(diào)制后成像在偏振相機(jī)中；

4、(2)對偏振相機(jī)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，獲取相機(jī)內(nèi)參和外參，打開可調(diào)激光器照射衍射光學(xué)元件產(chǎn)生散斑投影到被測物表面，利用雙目偏振相機(jī)同步采集；

5、(3)相機(jī)拍攝到的高動(dòng)態(tài)范圍的圖像存在曝光過度和曝光不足的兩種區(qū)域，8bit相機(jī)成像的像素灰度值最大為255，當(dāng)i＝255，說明該點(diǎn)像素過曝，需要處理；

6、(4)若偏振增強(qiáng)后高反區(qū)域過曝，i＝255，則采用偏振全光處理；

7、(5)如果仍然過曝，i＝255，則采用偏振融合處理，選取該像素點(diǎn)在匹配窗口下最優(yōu)偏振通道中的像素點(diǎn)匹配；

8、(6)對處理后的左融合圖像和右策略融合圖像進(jìn)行極線校正；

9、(7)融合為一張高動(dòng)態(tài)范圍圖像后，逐像素點(diǎn)在相同融合策略的右圖中匹配；

10、(8)匹配后得到視差圖，結(jié)合系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)，根據(jù)雙目相機(jī)和被測物的三角位置關(guān)系利用三角法結(jié)合標(biāo)定得到的相機(jī)內(nèi)外參數(shù)矩陣得到三維數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建。

11、本發(fā)明利用激光散斑投影結(jié)合雙目偏振相機(jī)成像以合成高動(dòng)態(tài)范圍散斑圖像的方法，對于暗區(qū)域進(jìn)行偏振增強(qiáng)和偏振全光處理，而對于過亮區(qū)域和曝光區(qū)域采用窗口自適應(yīng)偏振融合，對每個(gè)像素點(diǎn)的匹配窗口選擇合適的偏振通道，實(shí)現(xiàn)匹配，因此只需單幀成像即可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍三維測量與重建，為高動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)三維測量與重建奠定基礎(chǔ)。

12、還提供了一種高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量系統(tǒng)，其包括：投影模塊和成像模塊，對成像模塊中的偏振相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定后，投影模塊由可調(diào)激光器照射衍射光學(xué)元件產(chǎn)生穩(wěn)定的隨機(jī)分布散斑，投影到被測物表面，再由成像模塊中左偏振相機(jī)和右偏振相機(jī)同步采集，從不同的視角采集到經(jīng)被測物調(diào)制的多偏振通道散斑圖案，然后將左偏振圖像輸入高動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)融合得到融合圖像和融合策略，右偏振圖像按照融合策略與左偏振融合圖像進(jìn)行極線校正，矯正后圖像逐像素點(diǎn)匹配得到視差圖，通過三維重建方法得到重建結(jié)果。

技術(shù)特征：

1.一種高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：其包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(1)中，散斑投影模塊包括：可調(diào)激光器和衍射光學(xué)元件，成像模塊包括第一偏振相機(jī)和第二偏振相機(jī)，偏振相機(jī)利用多偏振通道傳感器單幀采集0°、45°、90°和135°的多偏振散斑圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(2)中，偏振相機(jī)標(biāo)定采用張正友棋盤格標(biāo)定法獲取相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，其中，偏振相機(jī)采集選為0°、

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(3)中，采集到的4幅偏振圖像，進(jìn)行多傳感器的偏振增強(qiáng)處理，其原理為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(4)中，偏振全光處理原理為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(5)中，優(yōu)化指標(biāo)是散斑圖像的窗口評價(jià)灰度梯度：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(6)中，極線校正采用fusiello法。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(7)中，采用zncc算法進(jìn)行圖像匹配，空間匹配相關(guān)系數(shù)為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法，其特征在于：所述步驟(8)中，匹配得到視差圖結(jié)合相機(jī)標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)，利用三角法得到三維信息，具體采用的公式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法的系統(tǒng)，其特征在于：其包括：投影模塊和成像模塊，對成像模塊中的偏振相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定后，投影模塊由可調(diào)激光器照射衍射光學(xué)元件產(chǎn)生穩(wěn)定的隨機(jī)分布散斑，投影到被測物表面，再由成像模塊中左偏振相機(jī)和右偏振相機(jī)同步采集，從不同的視角采集到經(jīng)被測物調(diào)制的多偏振通道散斑圖案，然后將左偏振圖像輸入高動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)融合得到融合圖像和融合策略，右偏振圖像按照融合策略與左偏振融合圖像進(jìn)行極線校正，矯正后圖像逐像素點(diǎn)匹配得到視差圖，通過三維重建方法得到重建結(jié)果。

技術(shù)總結(jié)
高反射率樣品動(dòng)態(tài)三維測量方法及系統(tǒng)，只需單幀成像即可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍三維測量與重建，為高動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)三維測量與重建奠定基礎(chǔ)。方法包括：(1)采用散斑投影模塊結(jié)合成像模塊組成雙目視覺測量系統(tǒng)，由激光透射衍射元件產(chǎn)生散斑投影到被測物的表面，經(jīng)過被測物表面調(diào)制后成像在偏振相機(jī)中；(2)對偏振相機(jī)標(biāo)定，利用雙目偏振相機(jī)同步采集；(3)當(dāng)I＝255，說明該點(diǎn)像素過曝，需要處理；(4)若偏振增強(qiáng)后高反區(qū)域過曝，采用偏振全光處理；(5)如仍過曝，采用偏振融合處理；(6)對處理后的左融合圖像和右策略融合圖像進(jìn)行極線校正；(7)融合為一張高動(dòng)態(tài)范圍圖像后，逐像素點(diǎn)在相同融合策略的右圖中匹配；(8)進(jìn)行三維重建。

技術(shù)研發(fā)人員：郝群,胡搖,徐喜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29