一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法与流程

本发明属于三维测量中自动曝光，尤其涉及一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法。

背景技术：

1、在工业检测中，基于结构光的三维测量技术具有非接触、测量精度高、响应速度快等优点，因而广泛的应用在生产检测的各个行业中。结构光测量技术是将一定模式的光栅条纹图像投射到待测物表面，相机获取经被测物形状调制其发生变形的光栅图，进而计算被测物的三维信息数据的一种主动式光学测量技术，其对于光栅图的强度是非常敏感的。当表面曝光过强或不足的时候，如镜面反射，相机成像并不能真实反映表面真实强度值，造成测量精度下降或无法重建。多重曝光技术被应用在结构光重建技术中，用来解决上述反光问题，其获取多次曝光图像后，分别选择同一位置像素值灰度最高但是不发生饱和的点参与重建。结构光技术结合多次曝光的方法虽然取得了较好的测量效果，但是其曝光时间、曝光次数全凭操作者经验，影响了测量效率和工业应用。那么寻找一种自适应不同场景的自动曝光反馈机制就显得尤为重要。

2、公告号为cn108827184b的中国专利，公开了一种基于相机响应曲线的结构光自适应三维测量方法，其使用相机响应函数来获得所有点的相对辐照度值，基于相对辐照度值和相机响应函数来计算曝光次数和曝光时间，实现了自动曝光，相机本身自适应不同场景的曝光调节；这种相机本身的调节算法注重图像全部的成像质量，当被测场景出现极暗或极亮的情况时，就会主动向反方向调节曝光时间，让整体图像达到合理的曝光状态；但是图像达到最佳状态，并不意味点值全部达到最佳状态，由于三维测量主要依据点值，因此影响测量效率和质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法，以解决现有相机曝光过程中未针对点值进行调整曝光时间，导致曝光时间过高或过低影响测量效率和质量的问题。

2、为了解决以上问题，本发明公开了一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法，包括以下步骤：

3、s1、采集一组四步相移光栅图，并进行解算；

4、s2、对调制度与背景光进行双重降采样，剔除过饱合的采样值进行排序并作直方图；

5、所述双重降采样包括第一重降采样和第二重降采样，所述第一重降采样具体为：根据感兴趣区域法进行降采样，其图像中间采样区域大，八个方位采样区域小，中间采样区域的中心坐标是(640,512)，长度与宽度分别为400piexl，300piexl；所述八个方位采样区域，其中心坐标按从左到右，从上到下的顺序依次表示为(200,212)、(640,212)、(1080,212)、(200,512)、(1080,512)、(200,812)、(640,812)、(1080,812)；其中四个正方位采样区域的长度是150piexl，另外四个方位采样区域长度是100piexl，八个方位采样区域的宽度统一为100piexl。

6、所述第二重降采样根据位置的不同，设计不同权重进行降采样，对图像中间采样区域内的对应行和列像素进行每隔一个像素就采样一个像素，对图像八个方位采样区域内的对应行和列像素进行每隔两个像素就采样一个像素。

7、对二重降采样后的调制度与背景光一维数组，进行直方图操作，调制度数组作为直方图自变量，背景光数组作为直方图因变量。

8、该步骤的优势在于，能在考虑到图像的感兴趣区域的同时，减少操作像素数量，提升自动曝光的响应时间；上述二重采样也充分考虑了不同区域的感兴趣区域的权重问题，使得最后结果更加可靠。

9、s3、找到直方图上标记位置的调制度值与背景光强值；

10、找到直方图上标记位置的调制度值与背景光强值；所述标记位置是调制度从大向小排序在第2.5％的位置的调制度值im，使用该值找到对应位置的背景光强值id；标记位置第2.5％的位置表示着排除一些特殊情况后，整体最大的调制度值；

11、如果找到的调制度值im小于5，则判断当前帧曝光时间不足，设置曝光时间t2为40ms作为当前帧的输出；如果找到的调制度值im大于5，则进入步骤s4；

12、上述步骤的优势在于，针对一些相机拍摄中的一些极端情况，进行快速响应，让整个过程更具有鲁棒性。

13、s4、根据对应关系，找到当前帧的曝光时间；

14、根据上一步得到曝光时间与背景光的关系，此处投影时设置的背景光强值idp不变，那么求得的最佳曝光时间与获得理想的背景光值是：

15、

16、iideal＝150

17、式中，iideal表示最理想的背景光强值，t表示针对理想情况下最适宜的曝光时间。

18、不管曝光时间与拍摄得到的光强如何，sαip并不会改变，单方面的改变曝光时间，目标亮度就能达到最佳：

19、

20、

21、其中id表示当前帧下背景光值，t1为当前帧的曝光时间，那么按照上式就能求出适合当前帧的最适宜曝光时间t2。

22、上述步骤的优势在于，省去了繁琐的求被测物反射率的步骤，通过一个线性关系，就能够直接得到适宜的可靠的曝光时间。

23、s5、将当前帧的曝光时间与前帧曝光时间作比较，输出稳定值。

24、具体包括：

25、将当前帧的曝光时间与前帧曝光时间作比较，即为判断二者差值是否满足条件：

26、|t2-t1|<2

27、若满足，则执行当前帧曝光时间t2，若不满足，则取当前帧的曝光时间与前帧曝光时间的平均值，作为新的前帧曝光时间，再次循环，直至满足条件，即为输出稳定值。

28、上述步骤的优势在于，通过简单的一步反馈机制，就能克服变化的环境中一些微量光强变化，让最终的曝光时间达到一个稳定状态。

29、s6、设置曝光时间t2,点云生成。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本发明的一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法，解决了现有技术中需求得曝光时间与灰度值的关系，花费时间长，在外部光照不稳定时会出现求得曝光值不稳定，点云一直在变动，背景光也在变动的情况；相对于现有技术本发明的自动曝光控制方法响应时间更快；更精准更稳定。

技术特征：

1.一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于结构光条纹的自动曝光控制方法，其特征在于，步骤s2所述双重降采样包括：

3.根据权利要求2所述的基于结构光条纹的自动曝光控制方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

4.根据权利要求3所述的基于结构光条纹的自动曝光控制方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

5.根据权利要求4所述的基于结构光条纹的自动曝光控制方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

技术总结
本发明的一种基于结构光条纹的自动曝光控制方法，包括：S1、采集一组四步相移光栅图，并进行解算；S2、对调制度与背景光进行双重降采样，剔除过饱合的采样值进行排序并作直方图；S3、找到直方图上标记位置的调制度值与背景光强值；S4、根据对应关系，找到当前帧的曝光时间；S5、将当前帧的曝光时间与前帧曝光时间作比较，输出稳定值；S6、设置曝光时间t2,点云生成。本发明解决了相机曝光过程中未针对点值调整曝光时间，导致曝光时间过高或过低影响测量效率和质量的问题。

技术研发人员：程进,徐乃涛,孙其梁,李宋泽,梁一超
受保护的技术使用者：无锡微视传感科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12