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申请/专利权人：河北工业大学

摘要：本发明公开了一种自适应编码互补色条纹的高反光物体三维形貌测量方法。本发明利用光的选择性吸收原理，测量时使用彩色投影仪针对待测物表面高反光区域投射与该区域颜色互为光学互补色的颜色编码条纹，增加待测物表面高反光区域对投射光强度的吸收程度，减小反射光强，使采集到的变形条纹的光强值在相机动态范围以内，保证该区域测量数据完整，解决了待测物体表面高反光带来的三维数据获取缺失的问题，且编码正弦条纹图案时仅改变投射图案的颜色不改变投射图案的光强，防止了高次谐波对测量结果的影响，提高了测量精度。

主权项：1.一种自适应编码互补色条纹的高反光物体三维形貌测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1搭建测量系统：CCD相机2和彩色投影仪3固定于光学平台上；CCD相机2的光轴和彩色投影仪3的光轴在同一水平面上，且均与光学平台平行；CCD相机2、彩色投影仪3和待测物体4在空间上呈三角测量关系，待测物体4位于CCD相机2和彩色投影仪3的景深范围内成清晰的像；计算机1分别与CCD相机2和彩色投影仪3通讯连接；2标定测量系统：将具有圆环标识的标定板置于CCD相机2和彩色投影仪3的景深范围内能够成清晰的像的不同标定位置处；在每个标定位置，彩色投影仪3投射正弦条纹图案到标定板表面，求解该标定位置处的标定板表面的折叠相位和展开相位；同时，在每个标定位置采集一幅标定板的纹理图像，提取标定板圆环标识的中心像素坐标；建立每个像素点的绝对相位与实际深度Z之间的转换关系，以及每个像素点像素坐标与XY坐标之间的关系，获得系统标定参数，完成测量系统的三维标定；3标定CCD相机2采集的颜色与其光学互补色：S3.1、替换具有圆环标识的标定板，将标定用色标色卡置于步骤2中的标定板的中间位置，CCD相机2、彩色投影仪3和色标色卡在空间上呈三角测量关系，色标色卡位于CCD相机2和彩色投影仪3的景深范围内成清晰的像；S3.2、CCD相机2采集色标色卡中某一个色块内颜色的彩色图像；然后计算机1记录由CCD相机2采集的色块内颜色的色相值H5，最终计算生成该颜色的光学互补色的色相值H6如式1所示：H6＝H5+180°+ΔH1式1中，H6为计算机1生成的光学互补色的色相值；当H6≥360°时，色相值H6＝H6-360°；H5为CCD相机2采集的色块内颜色的色相值；ΔH为补偿彩色投影仪3投射颜色误差的色相值；S3.3、控制彩色投影仪3投射该颜色的光学互补色至色标色卡的该色块上；然后控制CCD相机2采集色标色卡上经由该色块反射回来的光强灰度图；当CCD相机2采集到的该色块的光强灰度图的光强达到最小值时，则此时彩色投影仪3投射的该颜色的光学互补色为色标色卡上该色块内颜色在此测量系统中的光学互补色，计算机1记录此时彩色投影仪3投射的光学互补色的色相值；S3.4、重复步骤S3.2～S3.3，直至色标色卡上的所有色块内的颜色均得到其在此测量系统中的光学互补色，所有色块均完成光学互补色的标定；同时得到CCD相机2采集色标色卡中所有色块内颜色的色相值，以及其对应的所有彩色投影仪3投射的光学互补色的色相值；S3.5、根据步骤S3.4中，CCD相机2采集得到的色标色卡中所有色块内颜色的色相值，在HSV颜色空间模型的H色相圆盘平面绘制出极角不同的半径线；再根据色标色卡中色块的数量N，对代表色相值的半径线进行筛选，得到相机采集颜色色相盘5；S3.6、根据相机采集颜色色相盘5中各个半径线所代表的色相值，找到通过步骤S3.4得到的色标色卡中对应色块内颜色的光学互补色的色相值；然后在HSV颜色空间模型的H色相圆盘平面绘制出极角不同的半径线，得到光学互补色色相盘6；4提取相机像素坐标系下待测物体4的表面高反光区域的位置并转换至投影仪投影图像坐标系：S4.1、用待测物体4替换步骤3中的色标色卡的位置；S4.2、计算机1根据彩色投影仪3成像面的像素尺寸以及待测物体4表面的高反光区域大小，生成横纵坐标间隔相同且使高反光区域至少包含有一个完整间隔的RGB编码标识点阵图7，并经由彩色投影仪3投射至待测物体4表面；RGB编码标识点阵图7的背景为光强值255的白光，RGB编码标识点阵图7中组成每个十字标识点的RGB值大小和像素个数不同，且不同十字标识点的RGB值与投影仪投影图像坐标系下该标识点所在的像素位置坐标一一对应；S4.3、CCD相机2采集待测物体4表面覆盖有RGB编码标识点阵图7的彩色图像；S4.4、计算机1首先通过逐像素判断步骤S4.3采集的彩色图像，将其中每个过饱和像素点定义为待测物体4表面高反光点，从而得到待测物体4表面高反光区域在相机像素坐标系下的位置坐标；然后获取并解码距离该区域最近且围成矩形面积最小的四个标识点在相机像素坐标系下的位置坐标以及编码RGB值；S4.5、利用这四个标识点的编码RGB值找到其在投影仪投影图像坐标系下的位置坐标，与步骤S4.4中得到的四个标识点在相机像素坐标系下的位置坐标建立一一对应关系，然后对相机像素坐标系下高反光区域的每个过饱和像素点的位置坐标uc,vc做线性插值计算，最终得到投影仪投影图像坐标系下该高反光区域每个点up,vp的位置坐标；5提取待测物体4表面高反光区域的颜色并计算生成自适应编码互补色正弦条纹图案：S5.1、CCD相机2采集待测物体4在自然光下表面无高反光现象的彩色图像，利用步骤S4.4得到的待测物体4表面的高反光区域在相机像素坐标系下的位置坐标，通过计算机1提取彩色图像在该位置坐标下的颜色的色相值H0和饱和度值S0，并通过相机采集颜色色相盘5利用线性插值对色相值H0进行互补色相查询，在光学互补色色相盘6中计算得对应的光学互补色的色相值Hc，如式3所示： 式3中，A为H0在相机采集颜色色相盘5中所在扇形区域的最小色相值，B为H0在相机采集颜色色相盘5中所在扇形区域的最大色相值，Ac为A在光学互补色色相盘6中的对应互补色色相值，Bc为B在光学互补色色相盘6中对应的互补色色相值；S5.2、彩色投影仪3投射白光至待测物体4表面，利用步骤S4.4得到的待测物体4表面的高反光区域在相机像素坐标系下的位置坐标，通过计算机1提取彩色图像在该位置下的颜色饱和度值Sh；再通过Sc＝S0-Sh计算得到光学互补色的饱和度值Sc；S5.3、计算机1生成正弦条纹灰度图；之后利用步骤S4.5得到的待测物体4表面高反光区域在投影仪投影图像坐标系下的位置坐标，在正弦条纹灰度图的相同坐标位置编码步骤S5.1得到的光学互补色的色相值Hc和步骤S5.2得到的饱和度值Sc，得到自适应编码互补色正弦条纹图案；6求解待测物体的三维形貌信息：计算机1在步骤S5.3得到的自适应编码互补色正弦条纹图案的基础上，依据相移法和最佳三条纹选择法控制彩色投影仪3，使其投射一组具有不同条纹个数和相移量的自适应编码互补正弦条纹图至待测物体4表面；然后CCD相机2采集经由待测物体4表面反射后的变形条纹图像；再经由计算机1程序处理后得到展开相位图；再利用步骤2中标定得到的绝对相位与实际深度Z之间的转换关系，以及展开相位图中每个像素点像素坐标与XY坐标之间的关系，代入求解得到待测物体4表面的三维形貌数据。

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百度查询： 河北工业大学 自适应编码互补色条纹的高反光物体三维形貌测量方法