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1、(10)申请公布号 CN 102798354 A (43)申请公布日 2012.11.28 C N 1 0 2 7 9 8 3 5 4 A *CN102798354A* (21)申请号 201210310714.3 (22)申请日 2012.08.28 G01B 11/25(2006.01) (71)申请人西北工业大学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人万能 常智勇 樊迪 黄亮 张栋梁 李春磊 (74)专利代理机构西北工业大学专利中心 61204 代理人陈星 (54) 发明名称 基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法 (57) 摘要 本发明提出了一种基于二进制条纹叠。
2、加的正 弦光栅生成方法，本发明首先生成一个正弦光栅 图片，再通过二进制的方法，将1张正弦光栅图片 分解为8张二进制图片。根据二进制的分解原理， 每张二进制图像的每个点代表原正弦光栅各个点 进行二进制后的一个位，取值只能为0或1。通过 投影8张二进制图片，最终将8张二进制图片合成 一张正弦光栅图片。通过本发明可获得一张合成 的平面正弦光栅投影图片E，投影图片E各点的像 素值的范围为0到255，并且成正弦分布，从而避 免了投影仪与相机的非线性响应而引起的误差。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 。
3、页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1：生成至少两个周期的正弦光栅条纹图片A； 步骤2：根据二进制重构公式： 将正弦光栅条纹图片A重构分解为8张二进制图片M i (i1,2,8)，其中（x,y）表 示图片A中像素点的坐标值，I(x，y)表示正弦光栅图片A各点的灰度值，M i 表示重构得到 的二进制图片，8张二进制图片组成图片组B；在二进制图片M i 中，当M i (x，y)0时，该点 (x，y)的灰度值为0，当M i (x，y)1时，该点(x，y)的灰度值为255； 步骤3：将图片组B中的每张二进制图片分。
4、别投影到被测物体上，并通过CCD相机分别 拍摄被测物体上的投影图片，得到8张投影图片，8张投影图片组成图片组C；利用大津阈值 法对图片组C中的每张投影图片做二值化处理，处理后得到的8张二进制图片组成图片组 D； 步骤4：将图片组D中的8张二进制图片按照步骤2中的二进制重构公式进行逆向叠 加处理，从而获得生成的正弦光栅图像E。 2.根据权利要求1所述一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法，其特征在于： 步骤3中CCD相机的拍摄视角与投影仪光轴的夹角为20 40。 权 利 要 求 书CN 102798354 A 1/3页 3 基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法 技术领域 0001 本发明属于投。
5、影仪和相机非线性响应相关领域。涉及到正弦条纹光栅合成的问 题。具体为一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法。 背景技术 0002 光学三维测量在工业自动检测、产品质量控制、逆向设计、生物医学、虚拟现实、文 物复制、人体测量等众多领域中具有广泛应用。这种巨大的应用需求，促使了多种光学测量 技术的快速发展。随着计算机技术、数字图像获取设备和光学器件的发展，很多三维光学测 量技术已经进入商业应用的成熟阶段，同时新的三维测量方法还在不断涌现。基于条纹投 影的光学三维面形测量方法具有非接触、高精度、高速度等特点，已广泛用于机器视觉、面 形检测、实物仿形、产品质量控制、生物医学等领域。 0003 结构光。
6、测量系统的测量误差有两个主要来源:相移误差和非正弦波形误差。相移 误差是由于相移步距的不准确所致,它常常是不可避免的,但可通过采用精密的相移装置 和测量过程中采用实时相移校正技术来降低。随着数字显示技术的发展,商业化的数字投 影仪(DLP)在结构光测量系统中得到广泛应用。数字投影仪投射光栅可以消除相移误差, 但是由于设计原因,投影仪和相机均具有灰度非线性失真的性质,使得拍摄得到的正弦光 栅投影条纹不具有良好的正弦性,随之会给测量带来相位误差。投影仪具有的非线性失 真,称为伽马失真,既是投影仪的输入输出呈现指数函数响应关系。伽马失真将成为影响 测量系统测量精度的主要因素。 0004 现有的减小伽。
7、马非线性引起的测量误差的方法包括:利用数学方法直接处理伽 马非线性；增加相移步数减小误差；采用查表法预先设定误差；基于样条曲线拟合法。这些 方法可以大大提高测量精度，但是也存在一些缺陷：样条拟合法在相位计算时需要经过多 次迭代，运算量较大；增加相移步数意味着投影图片数量的增加；查表法在标定投影仪伽 马值的过程中需要大量时间。针对这一问题本发明提出了一种基于二进制模型，解决非线 性问题。 发明内容 0005 要解决的技术问题 0006 为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅 生成方法。能够克服投影仪和相机非线性响应并通过二进制法将理论二进制图片叠加生成 正弦光栅。。
8、 0007 技术方案 0008 本发明首先生成一个正弦光栅图片，再通过二进制的方法，将1张正弦光栅图片 分解为8张二进制图片。根据二进制的分解原理，每张二进制图像的每个点代表原正弦光 栅各个点进行二进制后的一个位，取值只能为0或1。通过投影8张二进制图片，最终将8 张二进制图片合成一张正弦光栅图片。 说 明 书CN 102798354 A 2/3页 4 0009 本发明的技术方案为： 0010 所述一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法，其特征在于：包括以下步 骤： 0011 步骤1：生成至少两个周期的正弦光栅条纹图片A； 0012 步骤2：根据二进制重构公式： 0013 0014 将正弦光。
9、栅条纹图片A重构分解为8张二进制图片M i (i1,2,8)，其中 （x,y）表示图片A中像素点的坐标值，I(x,y)表示正弦光栅图片A各点的灰度值，M i 表示 重构得到的二进制图片，8张二进制图片组成图片组B；在二进制图片M i 中，当M i (x，y)0 时，该点(x,y)的灰度值为0，当M i (x，y)1时，该点(x,y)的灰度值为255； 0015 步骤3：将图片组B中的每张二进制图片分别投影到被测物体上，并通过CCD相机 分别拍摄被测物体上的投影图片，得到8张投影图片，8张投影图片组成图片组C；利用大津 阈值法对图片组C中的每张投影图片做二值化处理，处理后得到的8张二进制图片组成。
10、图 片组D； 0016 步骤4：将图片组D中的8张二进制图片按照步骤2中的二进制重构公式进行逆 向叠加处理，从而获得生成的正弦光栅图像E。 0017 所述一种基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法，其特征在于：步骤3中CCD相 机的拍摄视角与投影仪光轴的夹角为20 40。 0018 有益效果 0019 通过本发明可获得一张合成的平面正弦光栅投影图片E，投影图片E各点的像素 值的范围为0到255，并且成正弦分布，从而避免了投影仪与相机的非线性响应而引起的误 差。 附图说明 0020 图1为正弦光栅图。 0021 图2（a）为通过投影拍摄平面，得到正弦条纹光栅图。 0022 图2（b）为图像中间行灰。
11、度分布情况图。 0023 图2（c）为快速傅里叶变换后获得的图片。 0024 图3为8张二值化图与相应的正弦光栅图。 0025 图4（a）为拍摄8张二进制图像后，合成的正弦条纹光栅图。 0026 图4（b）为图像中间行灰度分布情况图。 0027 图4（c）为快速傅里叶变换后获得的图。 具体实施方式 0028 下面结合具体实施例描述本发明： 0029 本实施例中基于二进制条纹叠加的正弦光栅生成方法，包括以下步骤： 0030 步骤1：生成至少两个周期的正弦光栅条纹图片A；如附图1所示，本实施例中生 说 明 书CN 102798354 A 3/3页 5 成一个周期为3的正弦光栅条纹图片A。 0031。
12、 为了进行对比，将使用分辨率设置为1024*768的投影仪（型号CP270，BenQ）将标 准正弦光栅图片投影到被测物体上，通过CCD相机（型号MVD-500SM）拍摄被测物体上的投 影图片，获得分辨率为1024*768投影图片，如附图2（a）所示，其中相机的拍摄视角与投影 仪光轴的夹角为20 40，本实施例中取30。为了对比，取最中间一行的灰度分布，如 附图2（b）所示，并对图片进行快速傅里叶变换，结果如附图2（c）所示。 0032 步骤2：根据二进制重构公式： 0033 0034 将正弦光栅条纹图片A重构分解为8张二进制图片M i (i1，2,8)，其中 （x,y）表示图片A中像素点的坐标。
13、值，I(x，y)表示正弦光栅图片A各点的灰度值，M i 表示 重构得到的二进制图片，M i 中的i表示二进制的位，M i (x，y)的值只是0或1；8张二进制图 片组成图片组B；在二进制图片M i 中，当M i (x，y)0时，该点(x,y)的灰度值为0，当M i (x， y)1时，该点(x,y)的灰度值为255；正弦光栅条纹图片A分解成8张二值化图像如附图 （3）所示； 0035 步骤3：使用分辨率设置为1024*768的投影仪（型号CP270，BenQ）将图片组B中 的每张二进制图片分别投影到被测物体上，并通过CCD相机（型号MVD-500SM）分别拍摄被 测物体上的投影图片，得到分辨率为。
14、1024*768的8张投影图片，8张投影图片组成图片组 C，其中相机的拍摄视角与投影仪光轴的夹角为20 40，本实施例中取30。利用大津 阈值法对图片组C中的每张投影图片做二值化处理，处理后得到的8张二进制图片组成图 片组D； 0036 步骤4：将图片组D中的8张二进制图片按照步骤2中的二进制重构公式进行逆 向叠加处理，从而获得生成的正弦光栅图像E，如附图4(a)所示。为了进行对比，取最中间 一行的灰度分布，如附图4（b）所示，并对图片进行快速傅里叶变换，结果如附图4（c）所 示。 0037 通过对比标准的正弦光栅图像和8张二进制图片叠加生成的正弦光栅的图像，可 以清楚的发现采用二进制图片处理生成的正弦光栅图像中各点的像素取值为0到255，并 成正弦分布。而直接投影的正弦光栅图像各点的像素最小并不是0，且不成正弦分布。本发 明所阐述方法克服了投影仪和相机的非线性相应问题。 说 明 书CN 102798354 A 1/4页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102798354 A 2/4页 7 图2 说 明 书 附 图CN 102798354 A 3/4页 8 图3 说 明 书 附 图CN 102798354 A 4/4页 9 图4 说 明 书 附 图CN 102798354 A 。