合5)中的解码结果最终得到每根最高频率条纹中心的编码值。
[0030]7)利用时空编码图案中最高频率通道条纹中心以及结构光三维轮廓测量方法解算被测物体的轮廓信息。
[0031]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0032]I)实现编码颜色的自适应过程
[0033]对被测物体投射一幅白色图像，分析拍摄图像的RGB通道的反射特性，可得出以下三种情况:a) RGB通道均适合做编码；b)两个通道适合做编码；c) 一个通道适合编码。对应的编码流程示意如图2所示。
[0034]2)针对上述三种情况进行编码
[0035]a.RGB通道均适合做编码。整个编码分空间和时间编码两部分。
[0036]空间编码:三个通道的图像皆为周期变化的条纹，选取其中反射特性最好的通道作为最高频率通道，其频率记为，其它两个通道的频率为4和f 3假设f !>f2,且4和f 3分别满足f2= f Zkpf3= f yk2o kjp k 2选取的原则一是保证所有中频和低频条纹的峰值处与相应处高频的峰值重合，二是应尽可能使编码的周期T长。前者是为了最大限度地提高解码的可靠性，后者是最大限度地提高编码的效率；T为相邻η (2 ^η^4)根条纹的颜色次序的重复周期(如图3)。例如，图3中频率最高的R通道作为定位条纹通道，G和B通道为编码通道，其中Ic1= 3、k2= 4，这样既保证了三通道的频率有足够的间隔，又能使三种频率的条纹峰值重合。
[0037]时间编码:空间编码一般是利用相邻η根条纹的颜色顺序来进行编、解码，因此必须保证任意相邻的η根条纹的次序在编码结果中的唯一性，一般η典型值取3。为了保证编、解码的可靠性，前面完成的多频编码的最小周期长度不宜太长，因此通常情况下仅用一个周期的空间编码不能满足大视场测量要求，为了识别每个周期Τ，再利用时间编码加以区分。时间编码拟采用格雷编码法，通常时间编码图像采用黑白图像，为进一步提高效率，也可用彩色图像的每个通道代替一幅黑白编码，按照从编码高位至低位的次序，将每三幅黑白编码图像转换为一幅彩色图像进行投射。编码示意图如图4所示，图中以三位格雷码为例(例子中以三位格雷码编码为例，如需要增加一位编码，则需要增加一幅彩色图像的一个通道)。至此三通道彩色时空编码完成。
[0038]b.两个通道适合编码。仅用适合的两个通道进行空间和时间编码。编码的规则与三通道类似。
[0039]c.一个通道适合编码。此时无法使用颜色信息，直接采用格雷码时间编码。
[0040]3)利用数字投影设备将上述时空编码图案(如图5所示)投射至被测物体。
[0041]4)对格雷时间编码图像中空间编码的每个周期进行识别和解码，如图6所示
[0042]5)然后，将空间编码拍摄图像最高频率通道图像取出根据频率信息利用各通道频率信息的不同对串色进行矫正(可用滤波或经验模式分解等方法)，并对矫正后的结果进行条纹中心提取；通过其余两个通道图像的分析，利用动态规划算法对提取条纹中心位置所在的像素进行空间编码周期内的解码，并最终得到每根最高频率条纹中心的编码值，如图6所示。
[0043]6)使用空间编码图案中最高频率通道的标定参数计算三维信息利用时空编码图案中最高频率通道条纹中心数据并基于结构光三维轮廓测量方法，解算被测物体的轮廓信息。
[0044]该方法仅用了一个颜色通道作为定位通道，从而完全避免了颜色通道的错位引起的误差；由于编码通道未参与条纹定位，则对编码通道进行颜色矫正不会影响条纹的定位精度；再者由于每个通道投射的条纹频率不同，这样利用频率信息便于串色问题的解决；同时为了保证编、解码的可靠性，采取空间和时间编码相结合的方法，将解码错误带来的误差抑制在了一个时间编码周期内。
【主权项】
1.一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)首先对被测物体投射白色图像，通过对拍摄图像的RGB通道的分析得出物体表面的反射特性，并根据反射特性自适应选取编码彩色通道； 2)根据上述选取的编码颜色通道生成多频彩色空间编码图案:首先选取编码彩色通道中反射率高且均匀的通道作为最高频通道，仅对该通道的条纹图案进行条纹提取；将其余的通道作为编码通道； 3)利用二进制格雷码以上述空间编码图案的每周期为单位对多周期条纹进行时间编码；或者，用一幅彩色图像中的一个通道代替二进制编码的一幅图像； 4)将上述时空彩色编码条纹使用数字投影设备投射至被测物体表面，并用彩色相机对图像进行米集； 5)对格雷编码图像进行解码，得到空间编码每个周期的编码码值；将拍摄到的空间编码图像中最高频率通道的灰度图像取出，根据各通道间条纹频率的差异进行串色矫正，对串色矫正后的灰度条纹图像进行条纹中心提取；通过其余通道图像的分析，对提取条纹中心位置在空间编码周期内进行解码，并最终得到每根最高频率条纹中心的编码值； 6)利用提取条纹中心及结构光三维轮廓测量方法解算被测物体的轮廓信息。
2.根据权利要求1所述的自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，其特征在于，使用自适应选取的颜色通道生成多频彩色周期性条纹图案和格雷编码图案，并将两者相结合投射进行测量，并且结合彩色条纹具有周期性且各通道频率不同的特点滤除串色干扰。
【专利摘要】本发明公开了一种自适应多频时空彩色编码的光学三维轮廓测量方法，该方法首先通过对被测物体投射白色图像，并自适应得出适合物体表面反射特性的编码通道，然后采用多频多色条纹构成周期性组合条纹，完成对条纹的局部空间编码；最后利用格雷二进制编码对上述空间编码的周期进行时间编码。投射上述编码图案对轮廓进行测量，得到被测对象的三维轮廓数据。本发明能够在保证测量效率的前提下，解决彩色编码测量精度和解码可靠性问题。
【IPC分类】G01B11-25
【公开号】CN104729427
【申请号】CN201410787529
【发明人】王昭, 薛琦, 黄军辉, 高建民
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月17日