CN110530291A - 一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法 - Google Patents

一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法 Download PDF

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刘刚
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
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Abstract

本发明公开了一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，其算法包括以下步骤：A、利用Sobel算子计算出图片的X方向和Y方向的梯度GX，GY；B、利用步骤A的结果计算两个方向梯度的平方GX 2，GY 2；C、利用步骤B的结果计算得到

Description

一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法
技术领域
本发明涉及三维重建和高度测量技术领域，具体为一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法。
背景技术
光栅投影法是一种反射式测量结构光法，用来建立三维轮廓形貌，光栅投影法的基本原理为：将光栅(条纹光)投影到参考平面和被测物表面，由于参考平面选取的是水平平面，投影到上面的参考光栅不会发生变形，当光栅投影到被测物表面时，光栅会产生不同程度的变形，由于投影光栅受到了被测物体表面高度的调制，所放置的被测物体高度不同，光栅的相位变化程度也随之不同，二维平面变形条纹在相位变化中携带有物体表面的三维形貌信息，因此，通过求取相位的变化值，可以得到物体在相应点的高度，从而得到三维物体的轮廓形状，光栅法重建物体高度的精度取决于相机拍摄到的光栅图像的质量，那么相机需要调节与被测物之间的距离，使得物体与相机之间的距离等于焦距，这样拍摄到的物体以及光栅是最清晰、最有利于高度信息的提取，但是被测物有可能是一个表面非常光滑的平面、纹理较少，通过判断相机拍摄到的物体是否清晰来调整最佳高度比较困难，为此，我们提出一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，其算法包括以下步骤：
A、利用Sobel算子计算出图片的X方向和Y方向的梯度GX，GY；
B、利用步骤A的结果计算两个方向梯度的平方GX 2，GY 2；
C、利用步骤B的结果计算得到的结果；
D、将步骤C的结果在每个像素上进行叠加；
E、将Z轴降到最低限位，并触发投影仪打条纹并拍图；
F、将图片和ROI作为参数调用CalcClarity，并记录CalcClarity的返回值Clarity；
G、判断Z轴是否位于最低限位或当前Clarity是否大于前一次的Clarity；
H、如果Z轴位于最低限位或当前Clarity大于前一次的Clarity，则Z轴向上运动1mm并重复E；
I、如果Z轴不位于最低限位或当前Clarity小于前一次的Clarity，则以前一次的Z轴光栅尺位置为最佳对焦位置，且对焦叠加后的结果即是该图片的清晰度。
优选的，所述当被测物是陶瓷量块时，Z轴光栅尺在-35mm到-42mm之间，且每隔1mm采集一幅图。
优选的，所述投影仪拍图后将图片保存在中央处理器中，且中央处理器的输出端还与PLC控制器的输入端电性连接，同时，PLC控制器与4G通信模块双向连接，且4G通信模块包括4G网关和远程移动终端，远程移动终端为接入4G网络的智能手机。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明在被测物表面打光栅条纹，将光栅与物体表面自身的纹理相结合共同计算清晰度，提高了清晰度的准确性，增加了图像细节信息，便于自动调整相机与被测物之间的最佳距离，同时，在不同的高度位置对被测物表面打光栅，并由相机采集图像，最后对采集到的图像进行清晰度计算，对不同位置的清晰度进行对比，分数最高的即是对焦最佳位置。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，其算法包括以下步骤：
A、利用Sobel算子计算出图片的X方向和Y方向的梯度GX，GY；
B、利用步骤A的结果计算两个方向梯度的平方GX 2，GY 2；
C、利用步骤B的结果计算得到的结果；
D、将步骤C的结果在每个像素上进行叠加；
E、将Z轴降到最低限位，并触发投影仪打条纹并拍图；
F、将图片和ROI作为参数调用CalcClarity，并记录CalcClarity的返回值Clarity；
G、判断Z轴是否位于最低限位或当前Clarity是否大于前一次的Clarity；
H、如果Z轴位于最低限位或当前Clarity大于前一次的Clarity，则Z轴向上运动1mm并重复E；
I、如果Z轴不位于最低限位或当前Clarity小于前一次的Clarity，则以前一次的Z轴光栅尺位置为最佳对焦位置，且对焦叠加后的结果即是该图片的清晰度。
在被测物表面打光栅条纹，将光栅与物体表面自身的纹理相结合共同计算清晰度，提高了清晰度的准确性，增加了图像细节信息，便于自动调整相机与被测物之间的最佳距离，同时，在不同的高度位置对被测物表面打光栅，并由相机采集图像，最后对采集到的图像进行清晰度计算，对不同位置的清晰度进行对比，分数最高的即是对焦最佳位置。
当被测物是陶瓷量块时，Z轴光栅尺在-35mm到-42mm之间，且每隔1mm采集一幅图。
投影仪拍图后将图片保存在中央处理器中，且中央处理器的输出端还与PLC控制器的输入端电性连接，同时，PLC控制器与4G通信模块双向连接，且4G通信模块包括4G网关和远程移动终端，远程移动终端为接入4G网络的智能手机。
使用时，在被测物表面打光栅条纹，将光栅与物体表面自身的纹理相结合共同计算清晰度，提高了清晰度的准确性，增加了图像细节信息，便于自动调整相机与被测物之间的最佳距离，同时，在不同的高度位置对被测物表面打光栅，并由相机采集图像，最后对采集到的图像进行清晰度计算，对不同位置的清晰度进行对比，分数最高的即是对焦最佳位置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，其特征在于：其算法包括以下步骤：
A、利用Sobel算子计算出图片的X方向和Y方向的梯度GX，GY；
B、利用步骤A的结果计算两个方向梯度的平方GX 2，GY 2；
C、利用步骤B的结果计算得到的结果；
D、将步骤C的结果在每个像素上进行叠加；
E、将Z轴降到最低限位，并触发投影仪打条纹并拍图；
F、将图片和ROI作为参数调用CalcClarity，并记录CalcClarity的返回值Clarity；
G、判断Z轴是否位于最低限位或当前Clarity是否大于前一次的Clarity；
H、如果Z轴位于最低限位或当前Clarity大于前一次的Clarity，则Z轴向上运动1mm并重复E；
I、如果Z轴不位于最低限位或当前Clarity小于前一次的Clarity，则以前一次的Z轴光栅尺位置为最佳对焦位置，且对焦叠加后的结果即是该图片的清晰度。
2.根据权利要求1所述的一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，其特征在于：所述当被测物是陶瓷量块时，Z轴光栅尺在-35mm到-42mm之间，且每隔1mm采集一幅图。
3.根据权利要求1所述的一种光栅投影法高度重建的自动对焦算法，其特征在于：所述投影仪拍图后将图片保存在中央处理器中，且中央处理器的输出端还与PLC控制器的输入端电性连接，同时，PLC控制器与4G通信模块双向连接，且4G通信模块包括4G网关和远程移动终端，远程移动终端为接入4G网络的智能手机。
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