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扩散板强反射物体表面反射的光被相机捕获

更新时间  2019-12-16 14:25:03 广东历新塑料科技有限公司 阅读

这种情况中扩散板强过高导致相机过度曝光,此时摄像机接收到高光点反射辐射亮度为Le2,Le2过高相机无法识别其有效信息。三维测量重构时同样会使得相应位置出现空洞现象。如果在光源与被测物之间加入扩散板,扩散板将入射到高光点的单一方向的强光扩散成均匀的多个方向的光的集合,同时高光点将多个方向的光进行反射,此时高光点反射的全部光的辐射亮度为Ld2≈Le2。被摄像机接收到的辐射亮度为Ld′,Ld′是Ld2的一部分,即0<Ld′<Ld2≈Le2,大大减小了相机过度曝光的现象。平台搭建本文采用Infocus82投影仪(分辨率1024pixel×768pixel)、DH-HV3151UC工业相机(分辨率2048×1536)组成结构光三维测量系统,扩散板采用12in×12in(1in=2.54cm)的型号为NT43-029的透镜阵列,扩散板的散射程度为沿扩散轴±50°,系相机标定为了满足实验要求,如图2所示,本文设计了白色背景上特定位置有黑色圆点的相机标定模板,使其沿光学精密导轨与模板垂直的方向移动,根据待测物体尺寸及系统的可测范围,标定模板尺寸设计为450mm×600mm。标定模板和光学导轨精度为0.1mm,模板黑色圆点中心的位置以灰度重心法确定。首先将标定模板至于光学导轨上,然后滑动导轨,在-4cm、0cm、+4cm三个位置分别拍摄模板,利用二值化将所拍摄的图像转化为白色背景的点阵标定模板样式,点阵中两点之间的距离为20.5mm,且以(0,0)为中心点。拍摄的多幅图像中,每两幅图像之间就存在一种几何约束关系,通过这种关系,可以建立多个线性方程组,最后通过对这些线性方程组的求解,建立CCD亚像素点坐标和空间标准点坐标的对应关系。

投影仪标定投影仪标定原理与相机相同,不同之处在于投影仪像点坐标和空间标准点坐标对应关系的建立方法。本文采用基于正交格雷码的投影仪标定方法,原理如图2所示。标定系统主要包括光学精密导轨、模板、相机。模板可在光学精密导轨上沿着垂直于模板平面的方向移动;数码相机侧向拍摄模板获得标定所需图像;待标定的投影仪则向模板正向投射水平和垂直的格雷码图案,从而向标定系统传递其姿态、位置和设备参数信息。

投影仪标定具体可分以下步骤:

(1)将标定模板至于精密导轨上。

(2)将标定模板分别至于-4cm、0cm、+4cm三个位置上,用相机拍摄3个不同位置的标定模板图像。(3)采用灰度重心法定位所拍摄的三幅图像中黑色圆点的CCD亚像素位置,并建立空间标准点坐标和CCD像点坐标的对应关系。

(4)用白色模板替代标定模板,依次置于上述三个相同位置上,然后用投影仪分别投射水平和垂直的格雷码,形成正交格雷码图样,并用相机分别拍摄三个位置的图像。

(5)将步骤4中每个黑色圆点包含的CCD像素点的格雷码值转换为投影仪像素点位置,然后根据灰度重心法进行投影仪像点亚像素定位,即可建立投影仪像点坐标和CCD像点坐标的对应关系。

(6)根据步骤3和步骤5即可建立投影仪像点坐标与空间标准点坐标的对应关系。为了验证线性扩散板对高光的抑制作用,实验选用具有镜面反射特性、有明显高光且不同形状的大理石罐、盘子、杯子、花盆等大理石、陶瓷材质作为被测对象。在被测物上分别投射相移编码条纹,并采用相机进行采集,对采集到的图像进行计算,最后对测量结果进行定量与定性的分析。投影相移码样图为加扩散板与未加扩散板时大理石捣蒜罐的三维重构对比实验结果,为具有大理石材质的捣蒜罐的原图,罐体上方和底盘上都出现了明显的高光。为未加扩散板的三维重构图,白色空缺区域是由于高光的存在造成的信息缺失,为加入线性扩撒板的三维重构图,从图中可以看出,加入线性扩散板后,高光区域明显变小,重构出来的图像纹理也更加细腻,边缘的弧度效果更加明显,罐体下方的高光区域消失,重构效果明显优于图。三维重构对比图为了进一步验证线性扩散板对高光的抑制作用,本文分别对具有强反射特性的大理石罐、陶瓷盘子、陶瓷花盆、陶瓷杯子进行三维重构实验,并定量统计重构后高光区域像素点的数量。表1为大理石罐、陶瓷盘子、花盆、杯子加入扩散板与未加扩散板时高光区域像素点定量统计结果,从表1中可以看出,大理石罐、陶瓷盘子、花盆、杯子的高光点数目相比未加扩散板时分别减少了19.6倍、5.6倍、4.4倍与3.9倍。

实验结果表明线性扩散板系统重构出的高光点区域比未加扩散板时的高光区域有明显缩小,边缘轮廓清晰,重构图像纹理更加细腻,对高光有很好的抑制作用。维重构时,这些物体表面的强反射特性使得重构后的物体产生失真,造成了较大的测量误差,针对这一问题,本文设计了基于线性扩散板的高光抑制系统,并分析了扩散板抑制高光的原理,分别对具有强反射特性的大理石罐、陶瓷盘子、花盆、杯子进行三维重构实验。实验结果表明,大理石罐、陶瓷盘子、花盆、杯子的高光点数目相比未加扩散板时分别减少了19.6倍、5.6倍、4.4倍与3.9倍。扩散板能够减弱高光点的反射辐射亮度,对高光具有一定的抑制作用,三维重构结果中高光区域明显缩小。


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