CN107786816A - 基于曝光补偿的自适应投影方法 - Google Patents

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苌雨晴
刘宇翔
高嘉乐
张绪赓
刘宁
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Abstract

本发明涉及一种基于曝光补偿的自适应投影方法，包括：在均匀光投影情况下，使用CCD相机得到含有多种曝光情况的被测物体图像；使用投影仪对物体分别投影两张黑白条纹图像，通过CCD相机获取两张投影后的条纹图像；对拍摄到投影后的条纹图像中有条纹的部分进行选取，使用二步相移傅里叶轮廓变换术恢复被测物体的高度信息。进行反演运算得到经过饱和反演后的补光图像，并将其投影至被测物体表面并进行对齐，使用CCD相机获得图像。利用绝对中心矩算法作为评价手段进行迭代运算，进行投影仪的光照补偿，得到清晰度最佳的图像并输出。

Description

基于曝光补偿的自适应投影方法
技术领域
本发明涉及一种自适应投影的方法，属于自适应光学领域。
背景技术
在目前的研究中，快速、准确地获得目标物体的细节信息已经成为质量检测、医学诊断、文物鉴定、工业设计、实时测量等领域的关键问题。但是，由于测量环境、物体材质和外部光源等条件的影响，相机所拍摄的图像往往会存在信息丢失。在此背景下，对自适应投影的研究无疑具有重大的实用价值和广阔的发展前景。
自适应投影方法可以调节强度和空间分布，使目标物体更适应本地光照，在应用软件技术之前提高图像质量。基本概念是反射部分的光照强度应比其他光吸收或漫反射区域照明小，低曝光部分应比其他部分光照强度大。
发明内容
本发明提供一种可以实现图像曝光补偿的自适应投影方法。本发明的技术方案如下：
一种基于曝光补偿的自适应投影方法包括下列步骤：
(1)摆放设备，使投影仪和CCD相机在同一水平线上，放置被测物体使其在CCD相机视角和投影范围内。
(2)在均匀光投影情况下，使用CCD相机得到含有多种曝光情况的被测物体图像L1。
(3)在电脑中生成两张正弦的黑白条纹图像，两张图像的相位差∈(0,2π)，使用投影仪对物体分别投影此两张黑白条纹图像，通过CCD相机获取两张投影后的条纹图像。
(4)测量系统参数，获得CCD相机到被测物体表面的距离，CCD相机与投影仪水平距离，相机焦距，实际条纹周期长度等数据。
(5)对拍摄到投影后的条纹图像中有条纹的部分进行选取，使用二步相移傅里叶轮廓变换术恢复被测物体的高度信息。
(6)将L1进行反演运算得到经过饱和反演后的补光图像I1，并将I1投影至被测物体表面并进行对齐，使用CCD相机获得L2。
(7)根据L1、L2和高度信息，利用迭代公式运算，并将每次迭代的结果图像通过投影仪投影至被测物体，进行光照补偿，再由CCD相机进行采集，重复此迭代过程。
(8)利用绝对中心矩算法对迭代结果图像进行评价，并通过迭代停止准则得到清晰度最佳的图像并输出。
附图说明
图1本发明所采用的装置的结构示意图
图2本发明基于曝光补偿的自适应投影法流程图
图3(a)和(b)分别是本发明采用的原图和自适应投影的结果
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行进一步的说明阐述。
参见图1，本发明的装置示意图：图像采集采用高清120万像素CCD相机，投影设备采用EPSON的CB-S18+型投影仪，待测物体采用塑料质地的饭盒盖，处理器是任意PC或具有PC功能的设备，投影仪投射条纹和迭代后的图像，CCD相机采集物体经自适应投影后的图像，Matlab程序运算迭代算法。本实验的系统装置参考自投影仪-相机系统。
参见图2，本发明基于曝光补偿的自适应投影法的流程图，以下简述其相应步骤：
(1)摆放设备，使投影仪和CCD相机在同一水平线上。放置被测物体使其在CCD相机视角和投影范围内。测量CCD相机到被测物体表面的距离L0和CCD相机与投影仪水平距离d。
(2)在均匀光投影情况下，使用CCD相机得到含有多种曝光情况的被测物体图像L1。
(3)在电脑中生成两张正弦的黑白条纹图像，使用投影仪对物体投影两张条纹图像，相位差δ∈(0,2π)。通过CCD相机获取条纹图像，相减后滤波获得基频分量，通过傅里叶轮廓术复原相位信息将其带入到相位高度转换公式中，可得到高度信息h(x,y)。
(4)CCD相机获取外部光源照射的图像L1，含有多种曝光情况，信息保留不完善。
(5)通过反演算法I1(x,y)＝255-L1(x,y)得到图像I1，灰度级等于255的像素即为饱和像素，I1为经过饱和反演后的补光图像，将I1投影至物体上，并手动对齐，获得图像L2。
(6)投影仪的光照补偿即根据相机的反馈在物体表面每一个像素点投影与物体表面光照强度成反比例的照明，通过不断的重复操作，饱和的部分恢复像素信息。将图像L1，I1，L2的光照强度和h(x,y)带入迭代公式
In+1(x,y)＝In(x,y)-h(x,y)(Ln(x,y)-Ln-1(x,y))
得到光照补偿图像In，对每一张In进行补偿投影，相机所获得图像为Ln,再根据Ln和前一张补偿后的图像Ln-1获得新的补偿图像In+1。
(7)使用绝对中心矩算法(ACM):ACM＝∑|i-u|·p(i)对Ln进行评价，其中i为图像中各像素点的灰度值，u为整张图像灰度值的平均值，p(i)为灰度值为i的像素点在整张图像中存在的概率。当归一化步长差ρ0＝0.001时，通过迭代停止准则
ρIACM＝|ACM(n+1)-ACM(n)|2/|ACM(n+1)-ACM(n)|2<ρ0
得到符合条件的图像。
参见图3，本发明原图和自适应投影的结果，可以看出自适应投影法对曝光有着良好的处理效果，消除过曝光和曝光不足部分，增加图像细节信息，实现图像均衡化。

Claims (1)

1.一种基于曝光补偿的自适应投影方法包括下列步骤：
(1)摆放设备，使投影仪和CCD相机在同一水平线上，放置被测物体使其在CCD相机视角和投影范围内；
(2)在均匀光投影情况下，使用CCD相机得到含有多种曝光情况的被测物体图像L1；
(3)在电脑中生成两张正弦的黑白条纹图像，两张图像的相位差∈(0,2π)，使用投影仪对物体分别投影此两张黑白条纹图像，通过CCD相机获取两张投影后的条纹图像；
(4)测量系统参数，获得CCD相机到被测物体表面的距离，CCD相机与投影仪水平距离，相机焦距，实际条纹周期长度等数据；
(5)对拍摄到投影后的条纹图像中有条纹的部分进行选取，使用二步相移傅里叶轮廓变换术恢复被测物体的高度信息；
(6)将L1进行反演运算得到经过饱和反演后的补光图像I1，并将I1投影至被测物体表面并进行对齐，使用CCD相机获得L2；
(7)根据L1、L2和高度信息，利用绝对中心矩算法作为评价手段进行迭代运算，进行投影仪的光照补偿，得到清晰度最佳的图像并输出。
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