一种大视场结构光视觉测量中分区域Gamma预校正相位误差补偿方法
【专利说明】-种大视场结构光视觉测量中分区域Gamma预校正相位误 差补偿方法 技术领域 本发明设及基于相位移方法的结构光视觉测量中相位误差补偿技术，尤其设及一种大 视场情况下，自适应分区域Gamma预校正的相位误差补偿方法，属于机器视觉技术领域。 【背景技术】 基于相位移技术的结构光视觉测量方法，包括单目结构光视觉测量方法与双目结构光 视觉测量方法。无论采用何种方法来获取被测物体的Ξ维数据，都需要对相位进行提取，而 相位提取的精度直接影响到系统的最终测量精度。而测量系统中，相机和投影仪的Gamma 非线性崎变是影响高精度相位提取的主要因素之一。Gamma非线性崎变会导致投影仪投 射出的W及相机拍摄到的光栅条纹正弦性降低，造成相位计算存在误差。如何降低或消除 Gamma非线性崎变带来的相位计算误差是本发明所关注的问题。 相位误差补偿的方法主要有：基于误差查找表化ook-upt油le，LUT)的方法与Gamma预校正的误差补偿方法。前者计算量大，受其他条件影响较大，一般采用采用Gamma预校正 的误差补偿方法。然而，根据作者查阅的文献表明，目前提出的预校正方法中都只考虑采用 单一Gamma值进行预校正，运与实际的测量情况不相符合，尤其是在大视场测量设备中，即 测量范围较大时，整个测量视场范围内Gamma值并不唯一。因此，采用单一Gamma值进行 预校正必将存在残余误差。张旭和朱利民在学术期刊《光学学报》2012, 32 (4)，0412006-1 至0412006-8发表的学术论文"Gamma崎变的相位误差模型与Gamma标定技术"研究了单 一Gamma值的预校正方法，根据研究结果补偿后的相位误差最大值是0. 1157,标准差是 0.0409。 综上所述，单一Gamma值预校正的误差补偿方法具有操作简单、计算量小的优势，在小 视场测量范围中，Gamma值均匀分布下可W获得较高的相位提取精度，但对于大视场情况 下，Gamma值差异较大时，相位提取精度仍然有待提高。
【发明内容】
发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种大视场结构光视觉测量中分区域Gamma预校正相位误差补偿方法，W解决大视场情况下高精度相位提取的问题。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种大视场结构光视觉测量中分区 域Gamma预校正相位误差补偿方法，包括：首先统计出整个测量视场范围内Gamma值的分布 情况，并根据要求的测量精度，设置允许的Gamma值变化阔值对测量区域进行自动划分，划 分后采用不同的Gamma值对各区域进行预校正。 优选的，包括如下步骤： A1、计算机生成一组理想的灰度图像，灰度的变化范围巧0, 230]，任意两幅相邻的灰度 图像灰度值相差5阶，投影后通过相机采集该灰度图像，并分别提取出每幅灰度图像中每 个像素位置的灰度值； A2、采用最小二乘拟合法分别拟合图像上每个像素位置的Gamma值，构建Gamma值矩 阵； A3、采用自适应区域划分法对Gamma值矩阵进行自适应区域划分，使每个划分出的区 域内的任意两个位置的Gamma值之差小于或等于给定的阔值； A4、将各区域内的Gamma均值的倒数作为该区域对应的预编码值，从而采用多个预编 码Gamma值对理想图像进行预校正，生成四步相移正弦光栅图像，计算获得精确相位值。 优选的，所述的A2中确定每个像素位置Gamma值的最小二乘拟合法的步骤为： B1、对相机采集到的每幅灰度图像中具有相同像素位置的灰度值，按照投影图像的顺 序依次排列Ii(x，y)，ie[0,30]，按照下式
ke[0, 30]计算出每个 像素位置对应的一系列归一化的对数值； B2、对每幅计算机生成的理想的灰度图像中具有相同像素位置的灰度值，按照投影图 像的顺序依次排列
ke[0, 30]计 算出每个像素位置对应的一系列归一化的对数值； B3、按照下式
N= 30计算 出图像中每个像素位置的Gamma值，并构建Gamma值矩阵，矩阵的大小与相机分辨率保持一 致。 优选的，所述的A3中用于划分区域的自适应分区域法的步骤为： C1、调整硬件设备，使得投影中屯、在测量视场中屯、附近，并在投影中屯、附近捜索出Gamma矩阵的最小值Tmm，W该最小值的位置作为区域划分中屯、，并根据要求的测量精度确 定出Gamma值的最大变化量ΔG; C2、在中屯、位置，W增量Δγ为半径建立一个面积为Sareal=π·Γι2，；Γι=Ρ· Δ；Γ，Ρ =1，2, 一,1,'"η的区域，计算落在区域Sare。冲Gamma值的均值丫1，同时判断丫1是否小于 丫min+AG，如果丫 1小于丫AG，则P递增1扩大半径ri的值，重新建立区域Sareal和计算 区域S。。。冲的Gamma值的均值1，P不断递增直到满足丫1大于丫mi"+AG条件时，停止递 增，此时p=i，建立第一个划分区域Sareai=η.γΛ此时ri=pAr，计算区域8_。1中的 Gamma值的均值，记为丫1，划分出第一个区域Sgfpgi; C3、在半径ri的基础上增加Ar，计算落在区域Sarea2=ηΓι+Δγ内的 Gamma值的均值2,判断2是否小于丫1+ΔG，如果如果2小于丫1+ΔG，则半径继续W增量为Ar增加，同时继续判断落在区域5。。。2内的Gamma值的均值丫2,直到丫2大于丫i+AG，停 止递增，建立第二个划分区域5。,。。2,W此类推，可W建立所有满足要求的区域，完成区域自 动划分。 优选的，所述的步骤4中采用多个Gamma预编码对理想图像进行校正的步骤为： Dl、判断像素点对应的区域，根据Gamma值矩阵按照下式
生成相移正弦光栅图像，其中，η= 1，2,3， 4……表示当前相移的步数，αe(〇,〇.引，f表示余弦周期的频率，X表示当前像素的位置，N表示相移的总步数，表示当前像素点所对应的区域Gamma值的平均值； D2、采用投影仪投射经过Gamm值预校正的正弦光栅图像，并采用相机捕获投射出来的 正弦光栅图像，根据下式
分别计算出每个像素点位置的 正确相位值，完成分区域Gamma预校正相位误差补偿。 本发明的有益效果是： (1) 能够根据实际测量情况，标定出符合现实测量要求的Gamma值； (2) 采用分区域多个不同Gamma值进行预校正相位误差补偿，通过控制每个区域Gamma 值的变化范围，保证整个测量范围内相位误差达到要求精度； (3) 该方法既可达到Gamma预校正方法的优点，又可采用不同Gamma值进行相位误差补 偿，提局相位提取的精度。 W下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种大视场结构光视 觉测量中分区域Gamma预校正相位误差补偿方法不局限于实施例。 【附图说明】 图1是本发明的流程图； 图2是本发明采用最小二乘拟合计算出来的左相机的Gamma矩阵； 图3是本发明采用最小二乘拟合计算出来的右相机的Gamma矩阵； 图4是本发明采用自适应分区域划分左Gamma矩阵得出来的几个不同的Gamma预编码 区； 图5是本发明采用自适应分区域划分右Gamma矩阵得出来的几个不同的Gamma预编码 区； 图6是本发明采用自适应分区域预编码Gamma补偿后左一组光栅的相位误差； 图7是本发明采用自适应分区域预编码Gamma补偿后右一组光栅的相位误差； 图8是单一Gamma补偿相位误差的结果。 【具体实施方式】 实施例1 参见图1至图8所示，本发明的一种大视场结构光视觉测量中分区域Gamma预校正相 位误差补偿方法，包括：首先统计出整个测量视场范围内Gamma值的分布情况，并