本發(fā)明屬于多目數字散斑，尤其涉及一種基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法。

背景技術：

1、在航空航天、汽車等領域的鈑金零部件制造過程中，有必要進行精確的形貌測量。盡管結構光技術具有許多優(yōu)點，但準確重建高動態(tài)范圍表面的三維點云仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。高動態(tài)范圍表面的反射是部分鏡面反射和部分漫反射。鏡面反射只分布在表面反射率比其他區(qū)域高得多的區(qū)域。由于相機測量范圍不足，高反射率位置反射的結構光圖樣過于明亮，容易造成強度飽和，而低反射率位置反射的結構光圖樣非常暗，信噪比較低。強度飽和和低信噪比問題嚴重影響了三維重建的精度。

2、許多學者提出了多重曝光技術，通過改變曝光時間，可以獲得高質量的結構光模式。然而，這些技術的有效性高度依賴于圖像中飽和像素的識別精度。許多學者針對這個問題提出了自適應條紋投影技術，通常通過調整最大輸入灰度來獲得高質量的圖像。然而，該方法的理論基礎是假設被測表面是光滑的，因此該方法不能用于具有高動態(tài)范圍表面的幾何復雜物體的測量。

3、如上所述，鏡面反射只分布在相機視點的特定區(qū)域。因此，一些學者增加視點數目為2-3個,這可以改變攝像機的視點，以避免捕獲圖像中的鏡面反射區(qū)域，例如從至少三個不同的方向測量物體或使用平移臺來調整攝像機的視點。然而，該技術不能保證一個攝像機視圖中的所有飽和區(qū)域在另一個攝像機視點中完全不飽和，同時，采用平移臺的方法會大大增加測量時間。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，以解決上述現有技術存在的問題。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，包括：

3、基于四目相機與光刻散斑投影模塊構建散斑投影采集系統(tǒng)，基于所述散斑投影采集系統(tǒng)采集被測工件的單幀圖像；

4、基于多尺度魯棒多目匹配算法對所述被測工件的單幀圖像進行處理，獲得中間深度圖與逐像素的空間斜平面；

5、基于數字散斑相關法對所述逐像素的空間斜平面的中間參數進行迭代計算，獲得空間斜平面的最終參數；

6、基于所述空間斜平面的最終參數和左右一致性疊加檢驗對所述最終深度圖進行融合，獲得最終點云數據。

7、優(yōu)選地，所述基于多目相機構建散斑投影采集系統(tǒng)的過程包括：

8、將四周的四目相機進行標號，相機對稱中心位置安裝散斑投影模塊；

9、將標號后的四目相機進行單目標定和雙目標定，然后采用光束平差法對所述四目相機的內外參數進行優(yōu)化，生成所述散斑投影采集系統(tǒng)。

10、優(yōu)選地，基于所述散斑投影采集系統(tǒng)采集被測工件的單幀圖像之后的過程還包括：

11、對所述被測工件的單幀圖像進行畸變校正處理，獲得畸變校正圖像；

12、基于中值濾波算法對所述畸變校正圖像進行處理，獲得濾波去噪圖像；

13、基于高斯濾波算法對所述濾波圖像進行處理，獲得預處理的單幀圖像。

14、優(yōu)選地，所述獲得最終深度圖與逐像素的空間斜平面的過程包括：

15、對所述被測工件的單幀圖像進行兩次下采樣，并在假定的待測深度與成像夾角范圍內進行空間斜平面的初始化；

16、設置所述被測工件的單幀圖像中的一張圖像作為參考圖像(每張圖像均作為一次參考圖像，進行下述算法處理)，其余圖像為源圖像，計算參考像素局部匹配框與各個源圖像對應匹配框的雙目匹配代價，基于所述雙目匹配代價加權獲取多目匹配代價；

17、根據所述多目匹配代價進行空間平面假設的迭代，然后進行空間平面的細化，獲得最終的下采樣兩次后的參考圖像對應深度圖與逐像素空間斜平面集合；

18、對所述參考圖像對應深度圖與逐像素空間斜平面集合進行多次重復視圖選擇、傳播和細化，生成最粗尺度的深度圖；

19、通過多尺度一致性匹配代價進行所述最粗尺度的深度圖的細化，然后上采樣細化后的最粗尺度的深度圖并緊隨深度圖細化模塊兩次，獲得所述中間深度圖與逐像素的空間斜平面。

20、優(yōu)選地，所述多目匹配代價的表達式為：

21、

22、其中w'(isrcj)代表該參考像素對應各個源圖像的權重，mi,j代表參考像素處的參考框與源圖像的對應框所計算的雙目匹配代價。

23、優(yōu)選地，所述獲得空間斜平面的最終參數的過程包括：

24、基于所述獲得的逐像素的中間空間斜平面獲得數字散斑相關法的迭代初始框，對所述迭代初始框的參數進行計算，獲得逐像素迭代初始值；

25、通過數字散斑相關法對所述逐像素迭代初始值進行迭代計算，并根據超參數閾值確定空間斜平面的最終參數。

26、優(yōu)選地，所述通過數字散斑相關法對所述逐像素迭代初始值進行迭代計算的過程還包括：每次迭代前通過znssd相關函數將參數增量施加在參考子區(qū)上；

27、所述znssd相關函數的δp形式的表達式為：

28、

29、其中，為黑森矩陣(hessian?matrix)，其中為參考子區(qū)在x,y方向上的灰度梯度矩陣，為為形函數的雅克比矩陣。

30、優(yōu)選地，所述獲得最終點云數據的過程還包括：

31、將所述最終深度圖中的二維坐標重新投影回世界坐標系，并投影至其余深度圖中，獲得投影后亞像素坐標；

32、將所述投影后亞像素坐標重新投影至世界坐標系中，并將重新投影至世界坐標系后的空間坐標點投影回參考深度圖中，獲得亞像素坐標；

33、原始坐標和所述亞像素坐標之間的歐幾里得距離獲得最終的一致性距離；

34、基于所述最終的一致性距離與空間斜平面夾角閾值獲得所述最終點云數據。

35、與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果：

36、本發(fā)明為非接觸測量、精度高、速度快、視場大、能夠使用單幀快速重建視場內具有高動態(tài)表面的工件，獲得高完整性與高精度點云，其測量精度能夠達到0.03-0.07mm。

技術特征：

1.一種基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，所述基于多目相機構建散斑投影采集系統(tǒng)的過程包括：

3.根據權利要求1所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，基于所述散斑投影采集系統(tǒng)采集被測工件的單幀圖像之后的過程還包括：

4.根據權利要求1所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，所述獲得最終深度圖與逐像素的空間斜平面的過程包括：

5.根據權利要求4所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，所述多目匹配代價的表達式為：

6.根據權利要求1所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，所述獲得空間斜平面的最終參數的過程包括：

7.根據權利要求6所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，所述通過數字散斑相關法對所述逐像素迭代初始值進行迭代計算的過程還包括：每次迭代前通過znssd相關函數將參數增量施加在參考子區(qū)上；

8.根據權利要求1所述的基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，其特征在于，所述獲得最終點云數據的過程還包括：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于多目數字散斑相關法的高動態(tài)表面單幀測量方法，屬于多目數字散斑技術領域，包括：基于四目相機與光刻散斑投影模塊構建散斑投影采集系統(tǒng)，基于散斑投影采集系統(tǒng)采集被測工件的單幀圖像；基于多尺度魯棒多目匹配算法對被測工件的單幀圖像進行處理，獲得中間深度圖與逐像素的空間斜平面；基于數字散斑相關法對逐像素的空間斜平面的中間參數進行迭代計算，獲得空間斜平面的最終參數；基于空間斜平面的最終參數和左右一致性疊加檢驗對最終深度圖進行融合，獲得最終點云數據。本發(fā)明能夠使用單幀圖像快速重建視場內具有高動態(tài)表面的工件，獲得高完整性與高精度點云，其測量精度能夠達到0.03?0.07mm。

技術研發(fā)人員：吳海濤,劉盼,洪子橙,林初暢
受保護的技術使用者：上海智能制造功能平臺有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9