本发明涉及三维形貌测量的，主要涉及一种基于自适应投影模式的高动态范围表面三维测量方法。
背景技术：
1、随着图像处理、计算机科学与光学的快速融合发展，计算机视觉技术从二维图像应用阶段向三维空间感知阶段跨越，视觉三维测量技术表现出信息密度高、可拓展性强的突出优势，得到了科学界与工业界广泛的研究与应用探索。如今，现代工业制造技术的进步对三维测量技术提出了更高精度、更大测量范围、实时测量与表面多样性等传统机械式三维测量难以克服的挑战。如何使用视觉三维测量技术实现高质量、高速、高稳定性的工业场景三维测量已经成为计算机视觉领域的重点研究问题。
2、在诸多视觉三维测量技术中，相移轮廓测量法的精度与鲁棒性最为突出，适合工业复杂场景的测量。该方法使用投影仪将编码条纹投射至物体表面并由相机同步拍摄，解码后获得相位信息用于高精度三角测量。然而，工业场景中高动态范围表面反射率变化显著与相机传感器有限的动态范围之间存在突出矛盾，编码信息因像素饱和被损坏，引起测量算法失效。
3、为测量高动态范围表面，需要避免高反射率区域发生像素饱和。基于多重曝光的方法改变设备曝光时间多次捕获图像，使用未饱和像素计算相位。该方法投影图案数量多，降低了测量效率。基于偏振滤光的方法加入偏振镜消除镜面反射分量，捕获图像高光饱和被抑制，但入射光强减弱降低了测量精度。基于多视图结合的方法采用多个相机分别测量表面，融合获得完整点云，但由于引入额外设备，测量系统的成本被提高。
4、因此，如何实现少投影图案、高精度、低成本地测量高动态范围表面是条纹投影轮廓测量法应用于工业三维测量的关键问题之一。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法。该方法通过饱和图像获取自适应投影图案，抑制高反射区域像素饱和，实现高质量测量高动态范围表面。
2、发明的技术解决方案如下：
3、一种基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，包括以下步骤：
4、步骤1：投射相移条纹与均匀图案序列到漫反射平面，获取捕获强度校正系数以提高自适应投影强度(步骤4的)精度；
5、步骤2：投射相移条纹到待测表面并拍摄，在拍摄的图像中标记饱和区域并修复饱和区域的强度值，得到修复图像；
6、步骤3：使用修复图像计算绝对相位，使用坐标映射函数获取待测表面的相机与投影仪像素坐标对应关系；
7、步骤4：使用相机拍摄待测表面所得的捕获图像计算各饱和区域的自适应投影强度；
8、步骤5：根据步骤3中的坐标对应关系与步骤4所获自适应投影强度生成自适应投影图案，结合系统标定数据完成高动态范围表面三维测量。
9、步骤1中，通过强度比值获取两点间捕获强度校正系数，公式如下：
10、
11、其中，a、b是平面上的点，f(a，b)是捕获强度校正系数，ica和icb是点a和点b的捕获强度。[注意，仅需要计算步骤4中投影强度相同的两点间的f(a，b)。]
12、3.根据权利要求1所述的基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，步骤2包括：
13、步骤2.1，投射水平与竖直方向的相移条纹到待测表面并使用相机同步拍摄，基于拍摄图像，根据强度阈值获取饱和区域掩码；
14、所述步骤2.1中根据强度阈值获取饱和区域掩码的公式如下：
15、
16、其中，maski是各捕获图像对应的饱和区域掩码，idi是捕获图像，(xc，yc)是像素坐标，下标c表示位于捕获图像中，n是相移步数，强度阈值设为250[可按具体实践修改，通常为220～250]。
17、步骤2.2，将捕获图像通过傅里叶变换从空域变换至频域，提取基频后通过傅里叶逆变换获得基频空域相移图像；
18、步骤2.3，使用基频空域相移图像像素替换饱和区域像素以修复图像。
19、使用基频相移图像像素代替饱和区域像素，公式如下：
20、
21、其中，ire是基频相移图像，ifinal是修复后的相移图像，mask是饱和区域掩码。
22、步骤3中获取待测表面的相机与投影仪像素坐标对应关系按以下步骤进行：
23、步骤3.1，使用修复后的相移条纹图像按相移法计算绝对相位；
24、步骤3.2，使用坐标映射函数计算相机与投影仪像素对应关系。
25、步骤4中计算饱和区域自适应投影强度按以下步骤进行：
26、步骤4.1，提取各个饱和区域重心，根据投影仪与相机像素对应关系和相移编码原理获取投影强度，再根据强度差阈值识别饱和区域外具有相同投影强度的像素；
27、根据强度差阈值识别具有相同投影强度的像素的公式如下：
28、
29、其中，y(xr，yr)等于1表示两点投影强度相同，点q是饱和区域重心，点r是饱和区域外的像素，(xr，yr)是点r的捕获图像坐标，ipq和ipr是点q和点r的投影强度，th是强度差阈值，[th设为20，可按具体实践修改，通常为10～30]，abs是求绝对值的函数；
30、步骤4.2，将相机拍摄图像按不同条纹频率分为多组捕获相移图像，使用多组捕获相移图像计算投影平均强度a对应的捕获强度icap；
31、使用多组捕获相移图像计算平均强度对应的捕获强度的公式如下：
32、
33、其中，icap是对应捕获强度，idi是各组捕获相移图像，m是相移图像总组数，nj是各组相移模式的步数，j表示组数；
34、步骤4.3，设定期望捕获强度，计算各饱和区域的自适应投影强度。
35、计算各饱和区域的自适应投影强度的公式如下：
36、
37、其中，是点q的自适应投影强度，f(a，b)是点q和点r间的捕获强度校正系数，icr和是点q和点r的捕获强度，ihope是期望捕获强度，ihope设为240，可按具体实践修改，通常为220～250，iset是相移法编码的平均强度，是点r的平均强度对应捕获强度。
38、步骤5中生成自适应投影图案并完成高动态范围表面三维测量按以下步骤进行：
39、步骤5.1，按照像素对应关系将各饱和区域自适应强度转换到投影仪坐标系下，按照相移编码规则生成自适应投影图案；
40、相移编码规则如下：
41、
42、其中，ip是投影强度，iadt是自适应投影强度，λ是相移条纹周期宽度，(x，y)是像素坐标；
43、步骤5.2，投射自适应投影图案至待测表面并使用相机同步捕获，根据三角测量原理完成高动态范围表面三维测量。
44、本发明的有益效果在于：
45、1.本发明提出的一种基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，实现了测量高动态范围表面。与现有基于自适应投影图案的技术比较，本发明去除了对未饱和图像的依赖，不需要人为选择投射条纹的强度，提高了测量的自动化程度。
46、2.本发明考虑投影仪投射光线的传播距离对相机捕获强度的影响，在计算自适应投影强度的过程中校正捕获强度，提高了测量精度。
47、3.本发明根据相移编码原理使用捕获相移图像计算自适应投影强度，避免了额外投射低强度均匀图案，提升了测量效率。
1.一种基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，步骤1中，通过强度比值获取两点间捕获强度校正系数，公式如下：
3.根据权利要求1所述的基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，步骤2包括：
4.根据权利要求1所述的基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，步骤3中获取待测表面的相机与投影仪像素坐标对应关系按以下步骤进行：
5.根据权利要求1所述的基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，步骤4中计算饱和区域自适应投影强度按以下步骤进行：
6.根据权利要求1所述的基于自适应投影图案的高动态范围表面三维测量方法，其特征在于，步骤5中生成自适应投影图案并完成高动态范围表面三维测量按以下步骤进行：
