高反射工件表面的结构光三维重建系统开发

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结构光三维重建技术以其简单、快速、高精度的特点被广泛应用于先进制造、自动装配、文物保护、医疗、交通等领域,但在实际应用中仍受到较多的限制,比如被重建的物体必须为漫反射表面等。而实际工业生产中,很多工件经过精密加工后,表面反射率较高,导致部分区域反射的光线强度超出相机的动态范围,造成图像信息丢失,影响重建的效果。因此,针对传统的结构光三维重建方法不能完整重建高反射工件表面三维形貌的问题,在基于格雷码结构光的基础上,提出一种相机多重曝光的结构光三维重建方法,有效解决高反射工件表面的三维重建问题。本文通过对比多种高反射工件表面三维重建方法的优缺点,提出一种相机多重曝光的重建算法,根据标定相机响应函数得到像素灰度值和相机曝光量之间的关系并得到其照度范围,通过对照度值进行划分计算得到多个曝光时间,合成高动态范围图像,以解决高光反射的影响;针对目前结构光系统标定操作复杂、误差较大的问题,提出了一种基于局部单应性的结构光系统标定算法,将投影仪当成逆向相机,使用相机拍摄标定板并提取对应的特征点,通过投影仪向其投射经过编码的条纹序列并对其进行解码,实现特征点在投影仪像平面上的逆向定位,进而将系统标定转换为双目立体视觉系统标定;设计了一种正反格雷码编码的条纹图案,投射纯白和纯黑的图案到待测工件表面,以剔除工件表面的无效区域,减少解码的计算量。投射一组黑白条纹位置相反的条纹图案,有效的提高解码的准确率并降低高光反射的影响。该编码图案同时应用于结构光系统标定和三维重建,可以降低系统的复杂性;基于上述研究搭建了实验平台并实现所提算法,编写了面向高反射工件表面的结构光三维重建系统软件,实验验证了本文所提方法的有效性。
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