本发明涉及三维光学测量相关，涉及基于光栅投影的三维重建方法，尤其涉及一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法。
背景技术：
1、如今，基于结构光的三维形貌测量技术已被大量研究，其应用范围也十分广泛，包括工业检测、消费电子、生物医药、娱乐等领域。其中，基于光栅投影轮廓术(fringeprojection profilometry,fpp)的三维重建方法以其测量精度高、速度快等优点，常被用于工业检测等精密测量领域。数字光栅投影轮廓术是一种主动式的三角测量方法，一般使用投影仪(如数字光处理dlp等)将一系列正弦光栅和矩形光栅投射到被测物体表面，通过相机获取经过被测物体高度调制过的光栅图像，根据变形光栅图像的变化，解算出各个像素点的相位值，进而基于系统标定参数计算各个点的空间三维坐标。光栅投影轮廓术的优点是测量精度高、速度快、可一次性对整幅场景进行三维重建，其测量精度可以达到微米级别。光栅投影轮廓术的关键技术之一是各点绝对相位值的解算，目前常见的相位求解方法有基于单帧光栅图像的傅里叶变换法、加窗傅里叶变换法，以及基于多帧光栅图像的相移法等。相比于变换域分析方法，相移法的精度更高、具有像素级别的分辨率；但是由于相移法是基于多帧光栅图像，因此其速度相对较慢、不适合于动态测量。
2、基于光栅投影轮廓术和相移法的3d传感器已被大量研发和生产制造，并广泛应用于各种工业精密检测领域。在相移法中，一般首先需要投射若干(3～5)幅正弦光栅以计算包裹相位，然后对包裹相位进行相位展开。目前，相位展开方法可以分为两大类：空间相位展开法和时间相位展开法。空间相位展开法利用像素邻域间的信息进行相位展开，但在有陡峭断面、局部阴影、严重噪声等的场合下，容易产生误差传递和错误解码。而时间相位展开法可以针对每个像素分别进行相位展开，能够有效避免空间相位展开法引起的像素点间的误差传递。因此，时间相位展开法被广泛应用于成熟的商业3d传感器中。常见的相位展开方法有格雷码+相移法、多频拟合法、多频外差法等。在这些方法中，除了需要投射3～5幅正弦光栅来计算包裹相位，还需要再投射若干(4～8)幅正弦光栅(多频法)或者矩形光栅(格雷码法)来进行相位展开，因此，通常情况下总共需要投射10幅以上的光栅图像。
3、对于基于光栅投影轮廓术和相移法的3d传感器，往往需要投射若干(10～20)幅正弦光栅和矩形光栅，以获取各个点的绝对相位值，因此造成了三维重建速度不高、无法对动态物体进行有效重建的问题。
4、有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，依次包括如下步骤：
4、步骤1、当工业产线上只有背景而没有被测物体时，通过投影仪投射全白图像，通过相机拍摄图像并保存，以此来记录产线上的背景图像；
5、步骤2、针对产线上的首个被测物体，且该被测物为标准合格品，首先使用投影仪投射全白图像，将全白图像与步骤1中保存的背景图像相减得到差值图像；设定合理阈值，对差值图像做二值化处理；然后对二值化图像进行形态学处理和blob分析，通过blob的面积进行筛选，得到的最大blob即是被测物体，并将被测物体的图像作为模板图像进行保存；
6、步骤3、针对产线上后续的被测物体，首先使用投影仪投射全白图像，将全白图像与步骤1中保存的背景图像相减得到差值图像；设定合理阈值，对差值图像做二值化处理；然后对二值化图像进行形态学处理和blob分析，通过blob的面积进行筛选，得到的最大blob即是被测物体；将当前被测物体图像与步骤2中保存的模板图像进行模板匹配，获取x与y方向的平移量和旋转角度，进而将当前被测物体各点与模板图像各点对应，得到当前被测物体各点的标准高度值；
7、步骤4、最后，基于绝对相位图像和系统标定参数，计算得到被测物体的三维点云。
8、作为本发明的进一步改进，步骤2中，针对产线上的首个被测物体，进一步投射四幅正弦光栅，利用四步相移法计算包裹相位，然后再投射若干幅格雷码编码的光栅进行相位展开，以此得到各点的绝对相位值；然后，通过系统标定参数来计算被测物体内部各点的高度值，并记录到指定文件中。
9、作为本发明的进一步改进，步骤3中，针对产线上后续的被测物体，进一步投射四幅正弦光栅以计算被测物体内部各点的包裹相位；同时，针对被测物体内部各点，通过步骤4得到的标准高度值和公差范围反推出绝对相位的整数部分，即条纹级数；将条纹级数与包裹相位相加，便得到最终的绝对相位值。
10、作为本发明的进一步改进，步骤3中的模板匹配为灰度法或边缘法。
11、作为本发明的进一步改进，投影仪为dlp投影仪。
12、作为本发明的进一步改进，相机为2d工业相机。
13、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
14、本发明提出的一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，针对工业产线上固定产品检测的场景，利用先验几何信息，将需要投射的图像数量减少为5幅；同时，本发明提出的方法只针对被检测物体内部各点进行相位解算和三维重建，因此相对于传统方法计算量也大幅减少；综上所述，本发明可以显著加快特定场景下的光栅投影三维重建速度，并在一定程度上可以对动态物体进行有效的三维重建。
15、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
1.一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，其特征在于，所述步骤2中，针对产线上的首个被测物体，进一步投射四幅正弦光栅，利用四步相移法计算包裹相位，然后再投射若干幅格雷码编码的光栅进行相位展开，以此得到各点的绝对相位值；然后，通过系统标定参数来计算被测物体内部各点的高度值，并记录到指定文件中。
3.如权利要求1所述的一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，其特征在于，所述步骤3中，针对产线上后续的被测物体，进一步投射四幅正弦光栅以计算被测物体内部各点的包裹相位；同时，针对被测物体内部各点，通过步骤4得到的标准高度值和公差范围反推出绝对相位的整数部分，即条纹级数；将条纹级数与包裹相位相加，便得到最终的绝对相位值。
4.如权利要求1所述的一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，其特征在于，所述步骤3中的模板匹配为灰度法或边缘法。
5.如权利要求1所述的一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，其特征在于，所述投影仪为dlp投影仪。
6.如权利要求1所述的一种基于先验信息的快速光栅投影轮廓的方法，其特征在于，所述相机为2d工业相机。