CN104729666A - 一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法及装置 - Google Patents

一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法及装置 Download PDF

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本发明涉及3D检测技术领域，尤其涉及一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法及装置。所述测量方法，包括：S1、获取多组不同相位下的正弦光栅图像；S2、根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；S3、通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。通过采用本发明所述的技术方案，能够提高相机拍摄正弦光栅图像振幅强度，得到最佳的振幅强度测量值。具有以下优点：图像分辨率、亮度变化、物体表面不平滑对测量振幅均无影响，而且进一步可以指导选择合理背景亮度，保证灰度不溢出。

Description

一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法及装置
技术领域
本发明涉及3D检测技术领域，尤其涉及一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法及装置。
背景技术
3D检测，需要投影正弦光栅图像，摄像机拍摄投影到物体表面的正弦光栅图像，计算各点相位，确定物体各点高度。相位计算公式如下：
I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)
其中，I(x,y)代表像素点灰度，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表正弦光栅的振幅强度，Q代表相位。
为了提高相位的精度，需要降低背景亮度A，提高振幅强度B。在实际应用中，经常因为拍摄相机镜头焦距不合理，降低了相位Q测量精度。
为了提高相机拍摄正弦光栅图像振幅强度B，通常做法是计算相邻像素的灰度梯度，梯度大，相机拍摄正弦光栅图像更清晰,拍摄正弦图像的灰度振幅也大。但是有以下缺点：
1.正弦光栅图像变化平滑，图像分辨率越小，振幅强度B测量值越大；
2.被测物体表面不平滑，增大了振幅强度B测量值；
3.拍摄亮度不同，振幅强度B测量值显著变化。
发明内容
本发明的目的在于提出一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法及装置，能够提高相机拍摄正弦光栅图像振幅强度，得到最佳的振幅强度测量值。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法，包括：
S1、获取多组不同相位下的正弦光栅图像；
S2、根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；
S3、通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。
其中，还包括：
S4、利用公式M(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)计算各像素点的最大灰度M,使M(x,y)无限接近常用像素灰度级H，以得到最合理背景亮度。
其中，通过相机拍摄放置在拍摄区域位置的一块平面色卡标定板来获得正弦光栅图像。
其中，所述获取多组不同相位下的正弦光栅图像的实现方式为：
投影装置按0,π/2,π,3*π/2移动条纹图像，其中条纹周期为2π,相机拍摄每次投射到平面色卡标定板上的正弦光栅图像。
其中，所述背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)的计算公式如下：
由公式I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*cos(Q+α)，当α分别取值为0,π/2,π,3*π/2，得到如下公式：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)   (1)
I2(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Sin(Q)   (2)
I3(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Cos(Q)   (3)
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Sin(Q)   (4)
则B(x,y)*Cos(Q)＝0.5*(I1(x,y)-I3(x,y))   (5)
B(x,y)*Sin(Q)＝0.5*(I4(x,y)-I2(x,y))   (6)
则B(x,y)＝0.5*√(I1(x,y)-I3(x,y))2+(I4(x,y)-I2(x,y))2   (7)
A(x,y)＝0.25*(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))   (8)
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，I(x,y)代表像素点灰度，Q代表相位。
一种正弦光栅最佳振幅强度的测量装置，包括：
数据获取单元，用于获取多组不同相位下的正弦光栅图像；
数据处理单元，用于根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；
最佳振幅强度计算单元，用于通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。
其中，还包括：
最佳背景亮度计算单元，用于利用公式M(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)计算各像素点的最大灰度M,使M(x,y)无限接近常用像素灰度级H，以得到最合理背景亮度。
其中，通过相机拍摄放置在拍摄区域位置的一块平面色卡标定板来获得正弦光栅图像。
其中，所述获取多组不同相位下的正弦光栅图像的实现方式为：
投影装置按0,π/2,π,3*π/2移动条纹图像，其中条纹周期为2π,相机拍摄每次投射到平面色卡标定板上的正弦光栅图像。
其中，所述背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)的计算公式如下：
由公式I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*cos(Q+α)，当α分别取值为0,π/2,π,3*π/2，得到如下公式：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)   (1)
I2(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Sin(Q)   (2)
I3(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Cos(Q)   (3)
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Sin(Q)   (4)
则B(x,y)*Cos(Q)＝0.5*(I1(x,y)-I3(x,y))   (5)
B(x,y)*Sin(Q)＝0.5*(I4(x,y)-I2(x,y))   (6)
则B(x,y)＝0.5*√(I1(x,y)-I3(x,y))2+(I4(x,y)-I2(x,y))2   (7)
A(x,y)＝0.25*(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))   (8)
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，I(x,y)代表像素点灰度，Q代表相位。
有益效果：
本发明所述的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法，包括：S1、获取多组不同相位下的正弦光栅图像；S2、根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；S3、通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。通过采用本发明所述的技术方案，能够提高相机拍摄正弦光栅图像振幅强度，得到最佳的振幅强度测量值。具有以下优点：图像分辨率、亮度变化、物体表面不平滑对测量振幅均无影响，而且进一步可以指导选择合理背景亮度，保证灰度不溢出。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法的流程图。
图2是本发明具体实施方式提供的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
图1是本发明具体实施方式提供的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法的流程图。如图1所示，本发明所述的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法，包括：
S1、获取多组不同相位下的正弦光栅图像；
S2、根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；
S3、通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。
通过采用本发明所述的技术方案，能够提高相机拍摄正弦光栅图像振幅强度，得到最佳的振幅强度测量值。本技术方案具有以下优点：图像分辨率、亮度变化、物体表面不平滑对测量振幅均无影响。
在本方案中，所述方法，还包括：
S4、利用公式M(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)计算各像素点的最大灰度M,使M(x,y)无限接近常用像素灰度级H，以得到最合理背景亮度。可见，进一步可以指导选择合理背景亮度，保证灰度不溢出。
本方式是通过相机拍摄放置在拍摄区域位置的一块平面色卡标定板来获得正弦光栅图像。
3D检测，需要投影正弦光栅图像，摄像机拍摄投影到物体表面的正弦光栅图像，计算各点相位，确定物体各点高度。相位计算公式如下：
I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)
其中，I(x,y)代表像素点灰度，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表正弦光栅的振幅强度，Q代表相位。在本方案中，所述获取多组不同相位下的正弦光栅图像的实现方式为：投影装置按0,π/2,π,3*π/2移动条纹图像，其中条纹周期为2π,相机拍摄每次投射到平面色卡标定板上的正弦光栅图像。所述背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)的计算公式如下：
由公式I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*cos(Q+α)，当α分别取值为0,π/2,π,3*π/2，得到如下公式：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)   (1)
I2(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Sin(Q)   (2)
I3(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Cos(Q)   (3)
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Sin(Q)   (4)
则B(x,y)*Cos(Q)＝0.5*(I1(x,y)-I3(x,y))   (5)
B(x,y)*Sin(Q)＝0.5*(I4(x,y)-I2(x,y))   (6)
则B(x,y)＝0.5*√(I1(x,y)-I3(x,y))2+(I4(x,y)-I2(x,y))2   (7)
A(x,y)＝0.25*(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))   (8)
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，I(x,y)代表像素点灰度，Q代表相位。可见，通过公式(7)直接计算各像素点的振幅强度，通过公式(8)直接计算各像素点的背景亮度。
通过公式K(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算单位背景亮度下的振幅强度。K(x,y)值越大，拍摄到的正弦光栅图像更好。进一步，在灰度级H确定的情况下，通过公式A(x,y)+B(x,y)<H，确定最合理的投影背景亮度,即灰度不溢出。
一般地，所述常用像素灰度级H取值为255。
实施例2：
本发明所述的方法实施例与装置实施例属于同一技术构思，在装置实施例中未详尽描述的内容，请参见方法实施例。
图2是本发明具体实施方式提供的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量装置的结构示意图。如图2所示，本发明所述的一种正弦光栅最佳振幅强度的测量装置，包括：
数据获取单元，用于获取多组不同相位下的正弦光栅图像；
数据处理单元，用于根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；
最佳振幅强度计算单元，用于通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。
通过采用本发明所述的技术方案，能够提高相机拍摄正弦光栅图像振幅强度，得到最佳的振幅强度测量值。本技术方案具有以下优点：图像分辨率、亮度变化、物体表面不平滑对测量振幅均无影响。
所述装置，还包括：
最佳背景亮度计算单元，用于利用公式M(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)计算各像素点的最大灰度M,使M(x,y)无限接近常用像素灰度级H，以得到最合理背景亮度。可见，进一步可以指导选择合理背景亮度，保证灰度不溢出。
在本方案中，所述数据获取单元通过相机拍摄放置在拍摄区域位置的一块平面色卡标定板来获得正弦光栅图像。
3D检测，需要投影正弦光栅图像，摄像机拍摄投影到物体表面的正弦光栅图像，计算各点相位，确定物体各点高度。相位计算公式如下：
I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)
其中，I(x,y)代表像素点灰度，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表正弦光栅的振幅强度，Q代表相位。在本方案中，所述获取多组不同相位下的正弦光栅图像的实现方式为：
投影装置按0,π/2,π,3*π/2移动条纹图像，其中条纹周期为2π,相机拍摄每次投射到平面色卡标定板上的正弦光栅图像。
所述背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)的计算公式如下：
由公式I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*cos(Q+α)，当α分别取值为0,π/2,π,3*π/2，得到如下公式：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)   (1)
I2(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Sin(Q)   (2)
I3(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Cos(Q)   (3)
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Sin(Q)   (4)
则B(x,y)*Cos(Q)＝0.5*(I1(x,y)-I3(x,y))   (5)
B(x,y)*Sin(Q)＝0.5*(I4(x,y)-I2(x,y))   (6)
则B(x,y)＝0.5*√(I1(x,y)-I3(x,y))2+(I4(x,y)-I2(x,y))2   (7)
A(x,y)＝0.25*(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))   (8)
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，I(x,y)代表像素点灰度，Q代表相位。可见，通过公式(7)直接计算各像素点的振幅强度，通过公式(8)直接计算各像素点的背景亮度。
通过公式K(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算单位背景亮度下的振幅强度。K(x,y)值越大，拍摄到的正弦光栅图像更好。进一步，在灰度级H确定的情况下，通过公式A(x,y)+B(x,y)<H，确定最合理的投影背景亮度,即灰度不溢出。
所述常用像素灰度级H取值为255。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正弦光栅最佳振幅强度的测量方法，其特征在于，包括：
S1、获取多组不同相位下的正弦光栅图像；
S2、根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；
S3、通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，还包括：
S4、利用公式M(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)计算各像素点的最大灰度M,使M(x,y)无限接近常用像素灰度级H，以得到最合理背景亮度。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，通过相机拍摄放置在拍摄区域位置的一块平面色卡标定板来获得正弦光栅图像。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述获取多组不同相位下的正弦光栅图像的实现方式为：
投影装置按0,π/2,π,3*π/2移动条纹图像，其中条纹周期为2π,相机拍摄每次投射到平面色卡标定板上的正弦光栅图像。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)的计算公式如下：
由公式I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*cos(Q+α)，当α分别取值为0,π/2,π,3*π/2，得到如下公式：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)   (1)
I2(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Sin(Q)   (2)
I3(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Cos(Q)   (3)
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Sin(Q)   (4)
则B(x,y)*Cos(Q)＝0.5*(I1(x,y)-I3(x,y))     (5)
B(x,y)*Sin(Q)＝0.5*(I4(x,y)-I2(x,y))     (6)
则B(x,y)＝0.5*√(I1(x,y)-I3(x,y))2+(I4(x,y)-I2(x,y))2  (7)
A(x,y)＝0.25*(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))  (8)
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，I(x,y)代表像素点灰度，Q代表相位。
6.一种正弦光栅最佳振幅强度的测量装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取多组不同相位下的正弦光栅图像；
数据处理单元，用于根据获取的正弦光栅图像，计算出各相素点的背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)，并利用公式k(x,y)＝B(x,y)/A(x,y)计算出各像素点的单位背景亮度下的振幅强度K；
最佳振幅强度计算单元，用于通过调节拍摄相机焦距，以获得最高振幅强度值K；
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，K代表单位背景亮度下的振幅强度。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，还包括：
最佳背景亮度计算单元，用于利用公式M(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)计算各像素点的最大灰度M,使M(x,y)无限接近常用像素灰度级H，以得到最合理背景亮度。
8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，通过相机拍摄放置在拍摄区域位置的一块平面色卡标定板来获得正弦光栅图像。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述获取多组不同相位下的正弦光栅图像的实现方式为：
投影装置按0,π/2,π,3*π/2移动条纹图像，其中条纹周期为2π,相机拍摄每次投射到平面色卡标定板上的正弦光栅图像。
10.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述背景亮度A(x,y)和振幅强度B(x,y)的计算公式如下：
由公式I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*cos(Q+α)，当α分别取值为0,π/2,π,3*π/2，得到如下公式：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Cos(Q)   (1)
I2(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Sin(Q)   (2)
I3(x,y)＝A(x,y)-B(x,y)*Cos(Q)   (3)
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)*Sin(Q)   (4)
则B(x,y)*Cos(Q)＝0.5*(I1(x,y)-I3(x,y))   (5)
B(x,y)*Sin(Q)＝0.5*(I4(x,y)-I2(x,y))    (6)
则B(x,y)＝0.5*√(I1(x,y)-I3(x,y))2+(I4(x,y)-I2(x,y))2  (7)
A(x,y)＝0.25*(I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y))   (8)
其中，A(x,y)代表背景亮度，B(x,y)代表振幅强度，I(x,y)代表像素点灰度，Q代表相位。
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