專利名稱：：一種光學(xué)條紋正弦性評測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，可用于各種光學(xué)正弦條紋投射器的測試和評價，也可用于影響條紋正弦性的因素分析等方面。本發(fā)明屬于光學(xué)三維測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：基于正弦條紋投射的立體視覺檢測方法是一種典型的非接觸光學(xué)主動三維測量方法，廣泛應(yīng)用于三維形貌測量、逆向工程和質(zhì)量檢測等諸多領(lǐng)域?；谡覘l紋投射的立體視覺檢測方法以攝像機(jī)采集投射到物體表面的正弦條紋圖像作為測量基礎(chǔ)和前提，因此，投射器出射條紋正弦性的優(yōu)劣決定了系統(tǒng)測量精度的高低，如何能夠準(zhǔn)確評價和測量投射器投射出的光學(xué)條紋正弦性成為目前研究中急待解決的問題。目前，大多采用條紋的空間分析方法，即將投射器的出射條紋直接投射到光屏上，用攝像機(jī)拍攝條紋圖像，然后直接分析這幅條紋圖像的灰度變化，來確定條紋的正弦性。這種方法的缺點是，條紋圖像的灰度變化易受光屏表面反射率變化、相機(jī)拍攝角度和鏡頭畸變的影響，使得條紋圖像的灰度變化無法真正反映條紋正弦性的優(yōu)劣，進(jìn)而無法正確測量條紋的正弦性。此外，還有通過對同一投射條紋拍攝多幅圖像，利用多幅圖像求取條紋噪聲，并將條紋噪聲作為光學(xué)條紋正弦性評價標(biāo)準(zhǔn)，此方法只反映了光學(xué)條紋的穩(wěn)定性，顯然無法反映相移等誤差對條紋正弦性的影響，不能全面反映光學(xué)條紋正弦性的好壞?？傊?，光學(xué)條紋正弦性評測對于分析基于正弦條紋投射的立體視覺檢測方法的測量精度、改進(jìn)正弦條紋投射器的性能具有重要意義，目前在光學(xué)條紋正弦性評測方面還沒有比較完備的解決方法，本發(fā)明針對此提出了一種簡便、準(zhǔn)確的光學(xué)條紋正弦性評測方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，用于基于正弦條紋投射的立體視覺測量中的光學(xué)投射條紋的正弦性評測。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，用于基于正弦條紋投射的立體視覺測量中的光學(xué)投射條紋的正弦性評測，其特征在于包括以下步驟(1)將投射器出射的條紋投于光屏上，調(diào)整投射器相移控制參數(shù)，使條紋按照一定相位間隔P進(jìn)行多次等間隔連續(xù)移相，每次移相后用相機(jī)拍攝光屏上的條紋，獲得條紋圖像序列Img;(2)根據(jù)移相先后順序，在條紋圖像序列Img中的每幅圖像上，提取同一坐標(biāo)(x，y)的灰度值，作為圖像灰度數(shù)組hl;再將每幅圖像對應(yīng)的移相次數(shù)i與相位間隔P相乘，得到與圖像灰度數(shù)組hl對應(yīng)的相移數(shù)組tl;根據(jù)圖像灰度數(shù)組hl和相移數(shù)組tl，采用最小二乘曲線擬合的方法，按照下面公式，計算標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋表達(dá)式/zl=^4**S/"01+p)+53其中，A、B和^為需要求取的未知數(shù)，A為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的幅值，B為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的直流分量，P為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的初始相位。并由A、^和B，計算標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋的在相移數(shù)組tl上的灰度值數(shù)組h2，(3)按照下面公式計算條紋灰度誤差數(shù)組ee=h2-hi再計算誤差數(shù)組e的標(biāo)準(zhǔn)差StdH，則投射器出射的光學(xué)條紋的誤差標(biāo)準(zhǔn)差Std為SW=^^xlOO%爿以誤差標(biāo)準(zhǔn)差Std作為比較和評測光學(xué)條紋正弦性好壞的標(biāo)準(zhǔn)。其中，步驟(1)中的投射器、相機(jī)和光屏的位置和姿態(tài)，在多次條紋移相和相機(jī)拍攝過程中，保持不變；其中，步驟(1)中的相位間隔P小于或等于Ji/4。其中，步驟(1)中的移相和拍攝的次數(shù)為2Ji/P，P為相位間隔。本發(fā)明的原理是采用條紋的時間分析方法評測條紋的正弦性，即通過條紋在同一點處、不同相位下的灰度值變化來測量條紋的正弦性。為了保證在一個采樣的準(zhǔn)確性，在條紋移相和相機(jī)拍攝過程中，投射器、相機(jī)和光屏的位置和姿態(tài)保持不變，否則無法正確得到條紋在同一點處、不同相位下的灰度值。為了確保正弦曲線擬合的正確性，一個周期內(nèi)的采樣點應(yīng)大于8個，并且保證采樣間隔相等，所以，條紋應(yīng)按照一定相位間隔進(jìn)行多次等連續(xù)移相，相位間隔應(yīng)小于或等于n/4，移相和拍攝的次數(shù)為2Ji/P。為了屏蔽相機(jī)光圈和光屏反射率對條紋正弦性的影響，以條紋相對誤差值，即誤差數(shù)組e的標(biāo)準(zhǔn)差StdH與條紋幅值A(chǔ)的比值，作為評測投射器出射光學(xué)條紋正弦性的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(l)由于投射器、相機(jī)和光屏的位置和姿態(tài)保持不變，因此，多幅條紋圖像中的同一坐標(biāo)點對應(yīng)于光屏上的同一點，顯然這一點的表面反射率在條紋移相和拍攝過程中不變，這就從根本上解決了光屏反射率分布不均對條紋正弦性測量的影響，提高了條紋正弦性測量的準(zhǔn)確性。(2)對于多幅條紋圖像上的同一點，光屏反射率、相機(jī)拍攝角度、光圈大小和鏡頭畸變對灰度的影響也是相同的，從而避免了相機(jī)拍攝角度和鏡頭畸變的影響對條紋正弦性測量的影響。(3)投射器、光屏和攝像機(jī)可按照基于正弦條紋投射的立體視覺檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)擺放，可完全在系統(tǒng)實際工作狀態(tài)進(jìn)行條紋正弦性測試，增加了條紋正弦性評測的真實性和有效性。圖1為本發(fā)明一種光學(xué)條紋正弦性評測方法的流程圖；圖2為本發(fā)明中的投射器、相機(jī)和光屏擺放示意圖；圖3為使用本發(fā)明的方法實測某投射器得到的光學(xué)條紋正弦性曲線結(jié)果圖。1、相機(jī)2、投射器3、光屏4、條紋具體實施例方式本發(fā)明的一種光學(xué)條紋正弦性評測方法具體實施步驟如圖1所示。在光學(xué)條紋正弦性評測具體實施步驟之前，需要做一些準(zhǔn)備工作，先將投射器2和相機(jī)1按照實際測量時的位置擺放好，再將光屏3按照基于正弦條紋投射的立體視覺檢測系統(tǒng)的工作距離置于投射器和相機(jī)的前方，保證投射器出射的條紋4能夠照射在光屏上，并且相機(jī)能夠拍攝到光屏上的條紋，如圖2所示。光學(xué)條紋正弦性評測方法具體實施步驟為(1)將投射器出射的條紋投于光屏上，調(diào)整投射器相移控制參數(shù)，使條紋按照一定相位間隔P進(jìn)行多次等間隔連續(xù)移相，每次移相后用相機(jī)拍攝光屏上的條紋，獲得條紋圖像序列Img。在多次條紋移相和相機(jī)拍攝過程中，投射器、相機(jī)和光屏的位置和姿態(tài)保持不變，否則將引起較大測量誤差。為了確保正弦曲線擬合的正確性，相位間隔應(yīng)小于或等于n/4，移相和拍攝的次數(shù)為2Ji/P。(2)根據(jù)移相先后順序，在條紋圖像序列Img中的每幅圖像上，提取同一坐標(biāo)(x，y)的灰度值，作為圖像灰度數(shù)組hl;再將每幅圖像對應(yīng)的移相次數(shù)i與相位間隔P相乘，得到與圖像灰度數(shù)組hl對應(yīng)的相移數(shù)組tl;根據(jù)圖像灰度數(shù)組hl和相移數(shù)組tl，采用最小二乘曲線擬合的方法，按照下面公式，計算標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋表達(dá)式，/zl=JW"01+p)+B其中，A、B和^為需要求取的未知數(shù)，A為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的幅值，B為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的直流分量，P為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的初始相位。由A、^和B，計算標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋的在相移數(shù)組tl上的灰度值數(shù)值h2，(3)按照下面公式計算條紋灰度誤差數(shù)組ee=h2-hl再計算誤差數(shù)組e的標(biāo)準(zhǔn)差StdH，則投射器出射的光學(xué)條紋的誤差標(biāo)準(zhǔn)差Std為SW=^^xlOO%以誤差標(biāo)準(zhǔn)差Std作為比較和評測光學(xué)條紋正弦性好壞的標(biāo)準(zhǔn)。以下為采用本發(fā)明的方法，對某投射器進(jìn)行光學(xué)條紋正弦性評測的一個實例。這里采用的相位間隔P為0.2992，移相和拍攝的次數(shù)為21。表1光學(xué)條紋正弦性評測實例數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在此例中，根據(jù)表1中的圖像灰度數(shù)組hl和相移數(shù)組tl，采用最小二乘曲線擬合的方法，計算得到的A、B和，勺值為A=31.5150，B=103.7547，^=7.1685。根據(jù)表1，計算誤差數(shù)組e的標(biāo)準(zhǔn)差StdH=0.9462，光學(xué)條紋的誤差標(biāo)準(zhǔn)差Std=3%，光學(xué)條紋正弦性較好。圖3為光學(xué)條紋正弦性曲線結(jié)果圖，X軸為相移量，即相移數(shù)組tl，Y軸為條紋的灰度值，圖中實線表示實際條紋圖像上的灰度值，虛線表示擬合得到的標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋的灰度值。權(quán)利要求一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，其特征在于包括以下步驟(1)將投射器出射的條紋投于光屏上，調(diào)整投射器相移控制參數(shù)，使條紋按照一定相位間隔P進(jìn)行多次等間隔連續(xù)移相，每次移相后用相機(jī)拍攝光屏上的條紋，獲得條紋圖像序列Img；(2)根據(jù)移相先后順序，在條紋圖像序列Img中的每幅圖像上，提取同一坐標(biāo)(x，y)的灰度值，作為圖像灰度數(shù)組h1；再將每幅圖像對應(yīng)的移相次數(shù)i與相位間隔P相乘，得到與圖像灰度數(shù)組h1對應(yīng)的相移數(shù)組t1；根據(jù)圖像灰度數(shù)組h1和相移數(shù)組t1，采用最小二乘曲線擬合的方法，按照下面公式，計算標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋表達(dá)式，其中，A、B和為需要求取的未知數(shù)，A為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的幅值，B為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的直流分量，為以圖像灰度來表達(dá)的正弦曲線的初始相位；并由A、B和計算標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋的在相移數(shù)組t1上的灰度值數(shù)組h2，(3)按照下面公式計算條紋灰度誤差數(shù)組ee＝h2-h1再計算誤差數(shù)組e的標(biāo)準(zhǔn)差StdH，則投射器出射的光學(xué)條紋的誤差和標(biāo)準(zhǔn)差Std為<mrow><mi>Std</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>StdH</mi><mi>A</mi></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>%</mo></mrow>以誤差標(biāo)準(zhǔn)差Std作為比較和評測光學(xué)條紋正弦性好壞的標(biāo)準(zhǔn)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，其特征在于所述的步驟(1)中的投射器、相機(jī)和光屏的位置和姿態(tài)，在多次條紋移相和相機(jī)拍攝過程中，保持不變。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，其特征在于所述的步驟(1)中的移相和拍攝的次數(shù)為2/P，P為相位間隔。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，其特征在于所述的步驟(1)中的相位間隔P小于或等于n/4。全文摘要一種光學(xué)條紋正弦性評測方法，用于基于正弦條紋投射的立體視覺測量中的光學(xué)投射條紋的正弦性評測。該方法將投射器出射的光學(xué)條紋投于光屏上，調(diào)整投射器參數(shù)，使條紋按照一定相位間隔P進(jìn)行連續(xù)移相，每次移相后用相機(jī)拍攝光屏上的條紋，移相和拍攝次數(shù)為2π/P，在多次條紋移相和相機(jī)拍攝過程中，投射器、相機(jī)和光屏的位置和姿態(tài)需保持不變；然后，根據(jù)拍攝得到的條紋圖像，以條紋上任意一點在不同圖像中的灰度值變化，擬合正弦曲線，計算得到投射器出射條紋的誤差標(biāo)準(zhǔn)差，作為評測光學(xué)條紋正弦性好壞的標(biāo)準(zhǔn)。該方法具有簡單、靈活、可靠性好的特點，可用于各種正弦條紋投射器的測試和評價，也可用于影響條紋正弦性的因素分析等方面。文檔編號G01B11/24GK101694376SQ20091023621公開日2010年4月14日申請日期2009年10月23日優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日發(fā)明者周杰,姜宏志,李冬,李旭東,趙慧潔申請人:北京航空航天大學(xué);