一种用于结构光三维面形测量重建的相位校正方法

1.本发明涉及三维图像重建技术领域，尤其涉及一种用于结构光三维面形测量重建的相位校正方法。


背景技术：

2.基于相位的结构光三维面形测量中由于投影和ccd的非线性映射（gamma校正），投射的正弦光栅条纹出现畸变，最终导致相位和三维重建的误差，目前的相位校正方法分为两类，一是通过不同灰度的图像的投射和拍摄，对数变换后线性拟合得到γ值，通过预先校正，使系统获得的光栅图像具有较好的正弦性。进行这类方法需要投射与拍摄的图像数目较大。二是通过向白色平板投射相位光栅，计算实际相位与理论相位的差，做出查找表。对测量过程中计算出的相位进行校正，上述方式需要标定γ值，以及需要通过平板获取理论与实际相位差，实施过程较为复杂，不利于三维图像的精确快速重建。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于结构光三维面形测量重建的相位校正方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：本发明第一方面公开了一种用于结构光三维面形测量重建的相位校正方法，包括下列步骤：s1、生成四帧相位差为90度的正弦干涉图像，并计算所述正弦干涉图像中像素点的相位a；s2、将所述正弦干涉图像投射在物体表面，并采集四幅投射图像，将所述投射图像进行对数变换，基于对数变换结果进行相位计算，消去因子γ，获得初始相位。
5.可选的，所述正弦干涉图像中包含多条初始相位为0时的理想正弦光栅条纹。
6.可选的，在步骤s1中，计算所述正弦干涉图像中像素点的相位a，包括：获取四帧正弦干涉图像的光强表达式：式中，α表示背景光强，b表示调制度，ωt表示初始相位信息，i
1p
表示初始相位为0时的正弦图像的光强表达式，i
2p
表示初始相位为π/2时的正弦图像的光强表达式，i
3p
表示初始相位为π时的正弦图像的光强表达式，i
4p
表示初始相位为3π/2时的正弦图像的光强表达式；
通过下式计算相位a：。
7.可选的，将所述投射图像进行对数变换，还包括：获取投射图像的光强表达式：对所述投射图像的光强表达式进行对数变换：。
8.可选的，基于对数变换结果进行相位计算，消去因子γ，获得初始相位：式中，为初始相位。
9.本发明第二方面公开了光学三维测量系统，所述测量系统包括：投影装置，用于根据控制终端的指令投射出四帧相位差为90度正弦干涉图像；图像采集装置，用于采集投射出四帧相位差为90度正弦干涉图像，并将采集到的投射图像回传至控制终端；控制终端，用于生成所述正弦干涉图像，并驱动所述投影装置投射出正弦干涉图像，对基于图像采集装置所采集的投影图像进行对数变换，基于对数变换结果进行相位校正计算，消去因子，获得校正后的相位。
10.与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：本发明提供的一种用于结构光三维面形测量重建的相位校正方法，既不需要标定γ值，也不需要通过平板获取理论与实际相位差，在消除了在结构光三维面形测量中γ因子的影响，该方法具有通用性，能实现三维图像的精确快速重建。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本发明提供的一种用于结构光三维面形测量重建的γ相位校正方法的流程图；图2为本发明提供的校正后的相位与校正前的相位映射关系图；图3为本发明提供的光学三维测量系统的结构示意图；图4为本发明提供的光学三维测量系统的原理框图。
13.图中，1投影装置，2图像采集装置，3控制终端。
具体实施方式
14.为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
15.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
16.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
17.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
18.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
19.目前的光电转换部件的光电转换特性都是非线性的。其输入——输出特性都是一个能够反映各自特性的幂函数，即如果输入的光信号强度为l，输出的电信号强度为i。则输入、输出之间的关系满足下式：i=c
·
l
γ
，其中c为放大倍数，为常数；γ(ganma)为幂函数的指数，表示非线性部件的转换特性，这种特性称为幂律（power-law）转换特性，因为非线性特性为γ次幂的形式，因此，又称该特性为γ特性。
20.实际的图像系统是由多个部件组成，如果所有部件都有幂函数的转换特性，那么整个系统的传递函数就是一个幂函数，它的指数γ等于所有单个部件γ的乘积。下面给出具有两个环节的简单系统幂律转换特性的推导。
21.设第一个环节输入、输出分别为x1，y
1，
其幂律转换特性为，第二个环节
的输入、输出分别为x2，y2，其幂律转换特性为，因为第二个环节的输入是第一个环节的输出，所以x2=y1。如果系统只有两个环节，则系统的输入为x1，输出为y2，即：其中。
22.为了对图像进行校正，显然，获得γ值是关键，为估计γ值，对i=c
·
l
γ
两边取对数，则有：目前的现有技术通过设置测试靶图，设置不同的logl图像，检测得到logl，获得logl与logl的对应关系，选择其线性段部分，斜率就对应了γ值。
23.以往的相位校正方法分为两类，一是通过不同灰度的图像的投射和拍摄，对数变换后线性拟合得到γ值，通过预先校正，使系统获得的光栅图像具有较好的正弦性。进行这类方法需要投射与拍摄的图像数目较大。二是通过向白色平板投射相位光栅，计算实际相位与理论相位的差，做出查找表。对测量过程中计算出的相位进行校正。
24.参见图1至图2，本发明第一方面公开了一种用于结构光三维面形测量重建的相位校正方法，既不需要标定γ值，也不需要通过平板获取理论与实际相位差。具有通用性。其具体包括下列步骤：s1、生成四帧相位差为90度的正弦干涉图像，并计算所述正弦干涉图像中像素点的相位a。
25.计算所述正弦干涉图像中像素点的相位a，包括：获取四帧正弦干涉图像的光强表达式：式中，α表示背景光强，b表示调制度，ωt表示初始相位信息，i
1p
表示初始相位为0时的正弦图像的光强表达式，i
2p
表示初始相位为π/2时的正弦图像的光强表达式，i
3p
表示初始相位为π时的正弦图像的光强表达式，i
4p
表示初始相位为3π/2时的正弦图像的光强表达式；通过下式计算相位a：。
26.s2、将所述正弦干涉图像投射在物体表面，并采集四幅投射图像，将所述投射图像进行对数变换，基于对数变换结果进行相位计算，消去因子γ，获得初始相位。
27.在步骤s2中，首先获取投射图像的光强表达式：
对所述投射图像的光强表达式进行对数变换：基于对数变换结果进行相位计算，消去因子γ，获得初始相位。
28.式中，式中，为初始相位，通过上述计算过程可消去因子γ，获得初始相位。
29.综上，本发明通过对投射图像进行对数变换，消除了因子γ，从而直接获得校正后的相位值，提升了图像校正过程中的便捷，进一步提升了图像重建的精确性。
30.进一步的，本发明第一方面所公开的方法应用于光学三维测量系统中，参见图3至图4，所述测量系统包括：投影装置1，用于根据控制终端3的指令投射出正弦干涉图像；图像采集装置2，用于拍摄所述正弦干涉图像，并将拍摄结果回传至控制终端3，其中图像采集装置2可选用工业cdc相机。
31.控制终端3，所述控制终端3用于生成所述正弦干涉图像，并驱动所述投影装置1上投射出正弦干涉图像，并通过基于图像采集装置2所采集的投影图像，进行对数变换，基于对数变换结果进行相位校正计算，消去因子γ，获得校正后的相位。
32.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。