視覺三維測量技術是三維測量領域的重點發展方向,其中結構 擴散板 法作為一種主動式三維測量方法被廣泛地應用到三維檢測領域。與點結構光、線結構光相比,編碼結構光因其高效、高速和勿需掃描等優點而成為視覺結構光三維測量的發展趨勢。在采用編碼結構光法進行三維測量重構時,需要投影條紋到被測物體表面,條紋受到物體表面的影響攜帶了物體表面的空間坐標信息,然而在實際應用中尤其是工業檢測中,由于被測場景中物體表面反射特性的影響,條紋截面的灰度變化會受到很多因素的干擾,而高光就是影響最為嚴重的因素之一。在工程中,特別是在現代制造業中,存在大量具有強反射表面特性的物體需要測量,高光的存在不僅會使相機飽和,丟失條紋灰度變化信息,而且還將改變原有漫反射條紋的灰度分布,影響條紋中心提取的準確性。對金屬表面進行檢測時,由于金屬表面反射能力極強,即使在曝光適中的情況下,仍然會在金屬局部產生極強反射光,從而對相機成像以及后續的各種圖像處理分析造成很大的影響,條紋圖像易出現飽和,導致測量失效,最終會導致表面檢測出現錯誤,出現金屬表面空洞現象,降低了檢測系統的性能。同樣,在對陶瓷等表面容易出現強反射高光現象的物體進行三維檢測時,強反射的視點相關性會給三維信息獲取帶來嚴重的錯誤,直接影響物體的檢測精度。
高光去除問題目前已成為利用光學方法測量金屬及強反射表面物體所面臨的一個難點與共性問題。多年來,對高光抑制和高光去除的研究從沒有間斷過,提出了雙色反射模型,該模型中漫反射反映物體本身的顏色信息,而鏡面反射則反映光源的顏色信息。利用高光區域的周邊部分信息,用補色的方法填充高光區域。利用偏微分方程的同態濾波算法對強反射表面感光區域的缺陷圖像作預處理,來達到高光去除的效果。
提出了一種基于局部統計的改進算法,但該算法很容易受到噪聲的干擾; 提出一種基于亮度分量的處理方法,該方法可以對圖像進行增強,保持圖像顏色信息,但是對于高光區域處理效果不明顯。柴玉亭采用基于頻率域濾波的方法去除高光,但該方法僅適用于在條紋之間葉片表面曲率變化不顯著的情況。對鏡面偏振反射率之間的關系進行了分析。
同樣運用基于偏振分析的方法恢復物體表面形狀,但該方法的反射模型精度偏低,無法有效的濾除漫反射成分對實驗的影響。等人使用極化法分離反射成分,但該方法需要不同極化方向的多副圖像,圖像數量過大,而且極化量由入射和出射的角度決定。從多個角度拍攝同一內容的圖像,再對所有角度拍攝的圖像進行拼接處理,該方法引入了十分復雜的拼接問題。通過調節曝光時間,使得高光區域不飽和,但未能修正高光帶來的條紋中心偏移現象,不能滿足測量的精度需求。將漫反射擴散板應用于強反射測量領域,取得了較好的效果。因此,針對上述問題,本文圍繞著強反射表面編碼光測量這一主題,以精確測量強反射表面三維形狀為目的,對強反射表面編碼光測量存在著高光難以去除、去高光時編碼圖像細節丟失的難點問題進行研究,采用線性擴散漫射投影方法從照明角度減少高光現象。
擴散板 抑制高光原理傳統的擴散板主要是在基材中加入化學顆粒作為擴散粒子,使光線在經過散射層時不斷的在兩個折射率相異的介質中發生多角度、多方向的折射、反射與散射,以此產生光學擴散的效果。然而由于擴散粒子的大小以及分布位置不均勻將造成光場分布不均勻,同時不可避免地存在著擴散粒子對光的吸收現象,導致光能利用率下降。微結構光擴散板具有高透光率,通過改變其表面的微凹凸結構的形狀和不同排布方式,可以調整擴散角度、光場的空間和能量分布,可以實現擴散板不同的均勻度和透光率,因此在光學實驗研究中被廣泛應用。本文選用線性微結構光擴散板(NT43-029)進行三維重構實驗,并從以下兩種情況分別對線性擴散板抑制高光原理進行分析。