一種用于線陣雙目3d成像的主動(dòng)紋理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及于3D成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于線陣雙目3D成像的主動(dòng)紋理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，機(jī)器視覺系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用也越來越普遍。在機(jī)器視覺領(lǐng)域中，線陣雙目3D相機(jī)是一類特殊的視覺機(jī)器。與面陣雙目3D相機(jī)相比，它的傳感器只有一行感光元素，因此使高掃描頻率和高分辨率成為可能。線陣相機(jī)的典型應(yīng)用領(lǐng)域是檢測(cè)連續(xù)的材料，被檢測(cè)的物體通常勻速運(yùn)動(dòng)，利用一臺(tái)或多臺(tái)線陣雙目3D相機(jī)對(duì)其逐行連續(xù)掃描，以達(dá)到對(duì)其整個(gè)表面均勻檢測(cè)。
[0003]然而缺乏匹配特征一直是線陣雙目3D成像中的一個(gè)難題，尤其是在拍攝光滑平整的表面時(shí)，圖像處理軟件往往無法把所述表面上的每個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確的配對(duì)進(jìn)行3D信息計(jì)算。現(xiàn)有技術(shù)中通常使用投影儀投影特定的結(jié)構(gòu)光到目標(biāo)表面及參考面上，然后對(duì)目標(biāo)表面及參考面上形成的結(jié)構(gòu)光的圖像進(jìn)行拍攝，并根據(jù)拍攝圖像中目標(biāo)形狀造成的光信號(hào)的變化，利用相位法計(jì)算目標(biāo)的位置和高度信息等，最終形成目標(biāo)的3D形狀。
[0004]但是上述投影的結(jié)構(gòu)光亮度低，同時(shí)線陣雙目3D相機(jī)又具有補(bǔ)光光源高亮度的特點(diǎn)，最終導(dǎo)致線陣雙目3D相機(jī)所獲取的結(jié)構(gòu)光圖像的質(zhì)量較差，而影響后續(xù)的圖像結(jié)構(gòu)匹配特征提取以及進(jìn)行3D信息計(jì)算，進(jìn)而導(dǎo)致上述使用投影儀投影結(jié)構(gòu)光的方式不能滿足線陣雙目3D相機(jī)的要求；同時(shí)使用了上述投影的結(jié)構(gòu)光后，最終獲取的2D圖像上也會(huì)含有上述結(jié)構(gòu)光圖像，導(dǎo)致原有的2D圖像被破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種用于線陣雙目3D成像的主動(dòng)紋理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的使用投影儀投影的結(jié)構(gòu)光因亮度低不能滿足對(duì)匹配特征信息分析的要求、以及所述結(jié)構(gòu)光會(huì)破壞原有的2D圖像的問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案:
[0007]一種用于線陣雙目3D成像的主動(dòng)紋理方法，包括:
[0008]接收頻率為2f的外觸發(fā)控制信號(hào)；
[0009]根據(jù)所述外觸發(fā)控制信號(hào)，生成頻率為f的第一觸發(fā)信號(hào)和頻率為2f的第二觸發(fā)信號(hào);
[0010]根據(jù)所述第一觸發(fā)信號(hào)以Ι/f為周期觸發(fā)結(jié)構(gòu)激光器向被拍攝物體投射遞增光柵條紋光，根據(jù)所述第二觸發(fā)信號(hào)以l/2f為周期觸發(fā)相機(jī)采集所述被拍攝物體；
[0011]輸出有柵格紋理圖像和無柵格紋理圖像交替排列的原始圖像。
[0012]優(yōu)選地，輸出有柵格紋理圖像和無柵格紋理圖像交替排列的原始圖像之后，還包括:
[0013]將所述原始圖像發(fā)送給圖像處理模塊；
[0014]所述圖像處理模塊對(duì)所述原始圖像進(jìn)行圖形處理，輸出有柵格條紋的完整圖像和無柵格條紋的完整圖像。
[0015]優(yōu)選地，接收頻率為2f的外觸發(fā)控制信號(hào)之前，還包括:
[0016]獲取被拍攝物體的運(yùn)動(dòng)速度；
[0017]根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)速度確定所述外觸發(fā)控制信號(hào)的觸發(fā)頻率為2f。
[0018]優(yōu)選地，生成頻率為f的第一觸發(fā)信號(hào)和頻率為2f第二觸發(fā)信號(hào)，包括:
[0019]生成所述第二觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于生成所述第一觸發(fā)信號(hào)有一定的延遲時(shí)間，所述延遲時(shí)間小于l/4f。
[0020]優(yōu)選地，所述遞增光柵條紋光包括多個(gè)周期的寬度遞增光柵條紋光，所述寬度遞增光柵條紋光的圖樣遞增方式包括等差數(shù)列遞增或等比數(shù)列遞增。
[0021]優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)激光器包括準(zhǔn)直激光光源和光柵，所述準(zhǔn)直激光光源發(fā)射激光光束照射在所述光柵上，所述激光光束透過所述光柵生成所述遞增光柵條紋光。
[0022]優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直激光光源所發(fā)射的光波波長(zhǎng)包括808nm、850nm、915nm或940nm。
[0023]優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直激光光源所發(fā)射的激光的光功率包括2W、5W、7W、8W或15W。
[0024]優(yōu)選地，所述光柵的擴(kuò)展角度包括30°、60°或90°。
[0025]優(yōu)選地，根據(jù)所述第一觸發(fā)信號(hào)，以Ι/f的周期觸發(fā)結(jié)構(gòu)激光器向被拍攝物體投射遞增紋理光，包括:
[0026]將所述第一觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給斬波器或磁光開關(guān)；
[0027]所述斬波器或所述磁光開關(guān)接收到所第一觸發(fā)信號(hào)后，對(duì)所述結(jié)構(gòu)激光器所在電路進(jìn)行開或關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)激光器以Ι/f的周期向被拍攝物體投射遞增紋理光。
[0028]由以上技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于線陣雙目3D成像的主動(dòng)紋理方法，包括接收頻率為2f的外觸發(fā)控制信號(hào)，根據(jù)所述外觸發(fā)控制信號(hào)，生成頻率為f的第一觸發(fā)信號(hào)和頻率為2f的第二觸發(fā)信號(hào)，根據(jù)所述第一觸發(fā)信號(hào)，以Ι/f的周期觸發(fā)結(jié)構(gòu)激光器向被拍攝物體投射遞增光柵條紋光；根據(jù)所述第二觸發(fā)信號(hào)，以l/2f的周期觸發(fā)相機(jī)采集所述被拍攝物體；輸出有柵格紋理圖像和無柵格紋理圖像交替排列的原始圖像。
[0029]本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)激光器向光柵投射激光產(chǎn)生遞增光柵條紋光，其中光柵自身具有所生成的光柵條紋有亮度高的優(yōu)點(diǎn)、激光器所發(fā)射的光具有功率高且相干性好的優(yōu)點(diǎn)，因此所述遞增光柵條紋光為亮度高的光柵條紋，同時(shí)，所述條紋光的條紋結(jié)構(gòu)特征為遞增的，所以上述高亮度、結(jié)構(gòu)特征明顯的遞增光柵條紋光，可以使線陣雙目3D相機(jī)拍攝出帶有高質(zhì)量條紋圖形的圖像，進(jìn)而，在下一步的3D信息計(jì)算中可以用所述條紋圖形作為匹配特征；另外，在本發(fā)明中，向被拍攝物體投射遞增結(jié)構(gòu)光的周期為相機(jī)拍攝圖像周期的兩倍，所以可以輸出有柵格紋理圖像和無柵格紋理圖像交替排列的原始圖像，即所述原始圖像中奇(或偶)數(shù)行為有柵格紋理的圖像、偶(或奇)數(shù)行為無柵格紋理的圖像，這樣便可以后續(xù)圖像處理，對(duì)所述原始圖像的分離，獲取關(guān)于被拍攝物體的無柵格紋理的完整2D圖像、以及包含匹配特征有柵格條紋的完整圖像。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于線陣雙目3D成像的主動(dòng)紋理方法的流程示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種外觸發(fā)信號(hào)頻率確定方法的流程示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的準(zhǔn)直激光光源加光柵生成結(jié)構(gòu)光的示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種遞增光柵條紋光的示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種帶有主動(dòng)紋理裝置的線陣雙目3D成像系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖1-5中，具體符號(hào)為:
[0037]11-準(zhǔn)直激光光源，12-光柵，1-紋理光筒，2-照明光筒，3_相機(jī)，4_機(jī)身。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0039]參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于線陣雙目3D成像的主動(dòng)紋理方法的流程示意圖，本實(shí)施例提供的主動(dòng)紋理方法，具體包括，
[0040]步驟101:接收頻率為2f的外觸發(fā)控制信號(hào)。
[0041]為了滿足線陣雙目3D相機(jī)高掃描頻率的要求，本實(shí)施例中的所述外觸發(fā)信號(hào)為頻率約為20kHz的高頻觸發(fā)信號(hào)。
[0042]在步驟101之前，如圖2所示為外觸發(fā)信號(hào)頻率確定方法的流程示意圖，還可以包括如下步驟，
[0043]步驟201:獲取被拍攝物體的運(yùn)動(dòng)速度。
[0044]線陣雙目3D相機(jī)通常用來拍攝運(yùn)動(dòng)的物體以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的，所以為了保證最終能獲取所述被拍攝物體的完整圖像，外觸發(fā)控制信號(hào)的觸發(fā)頻率需要根據(jù)所述被拍攝物體的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，其中，所述運(yùn)動(dòng)速度可以包括所述被拍攝物體相對(duì)所述線陣雙目3D相機(jī)運(yùn)動(dòng)的線速度或角速度等。在具體實(shí)施中，可以采用線速度傳感器或角速度傳感器獲取所述被拍攝物體的運(yùn)動(dòng)速度，或者，如果所述被拍攝物體做勻速運(yùn)動(dòng)，可以在所述線陣雙目3D相機(jī)拍攝圖像之前，通過操作界面直接向控制系統(tǒng)輸入所述被拍攝物體運(yùn)動(dòng)速度。
[0045]步驟202:根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)速度確定所述外觸發(fā)控制信號(hào)的觸發(fā)頻率為2f。
[0046]根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)速度以及所述線陣3D相機(jī)所鎖定的圖像縱向精度，便可以確定所述觸發(fā)頻率，具體計(jì)算公式如下:
[0047]所述外觸發(fā)控制信號(hào)的觸發(fā)頻率=2*(所述運(yùn)動(dòng)速度/圖像縱向精度)。
[0048]這樣所述線陣3D相機(jī)中的每一個(gè)相機(jī)便可以在所述被拍攝物體中的同一位置采集兩張圖像。在具體應(yīng)用中可以采用編碼器來產(chǎn)生所述外觸發(fā)控制信號(hào)，其中，所述編碼器是指每隔固定的距離間隔或角度間隔產(chǎn)生相應(yīng)脈沖信號(hào)的裝置。
[0049]步驟102:根據(jù)所述外觸發(fā)控制信號(hào)，生成頻率為f的第一觸發(fā)信號(hào)和頻率為2f的第二觸發(fā)信號(hào)。
[0050]本實(shí)施例中采用信號(hào)處理板，根據(jù)所獲取的所述外觸發(fā)控制信號(hào)輸出兩種信號(hào)，一種是頻率為2f的第二觸發(fā)信號(hào)、用來觸發(fā)相機(jī)，另一種為二分之一降頻后輸出的頻率為f的第一觸發(fā)信號(hào)、用來觸發(fā)結(jié)構(gòu)激光器，上述降頻的目的是為了保證所述第一觸發(fā)信號(hào)的一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)所述第二觸發(fā)信號(hào)的兩個(gè)脈沖，同時(shí)，本實(shí)施例中所述結(jié)構(gòu)激光器采用了可接受高頻觸發(fā)的電源板供電。
[0051]進(jìn)一步的，為了避開所述結(jié)構(gòu)激光器響應(yīng)的上升沿，生成所述第二觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于生成所述第一觸發(fā)信號(hào)有一定的延遲時(shí)間，并且所述延遲時(shí)間小于l/4f。
[0052]步驟103:根據(jù)所述第一觸發(fā)信號(hào)以Ι/f為周期觸發(fā)結(jié)構(gòu)激光器向被拍攝物體投射遞增光柵條紋光，根據(jù)所述第二觸發(fā)信號(hào)以l/2f為周期觸發(fā)相機(jī)采集所述被拍攝物體。
[0053]其中，根據(jù)所述第一觸發(fā)信號(hào)以Ι/f為周期觸發(fā)結(jié)構(gòu)激光器向被拍攝物體投射遞增光柵條紋光，還包括:
[0054]步驟301:將所述第一觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給斬波器或磁光開關(guān)；
[0055]其中，斬波器是用電力電子器件作為電力電子開關(guān)、具有電路簡(jiǎn)單、控制靈活的優(yōu)點(diǎn)；磁光開關(guān)時(shí)利用法拉第旋光效應(yīng)，通過外加磁場(chǎng)的改變來改變磁光晶體對(duì)入射偏振