[發(fā)明專利]用于三維形狀測(cè)量的彩色編碼條紋圖案

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310414102.3
• 申請(qǐng)日: 2013-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN103438833A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港應(yīng)用科技研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張春媛;閻娬斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對(duì)象形狀的三維測(cè)量，其基于將一個(gè)或多個(gè)條紋圖案光學(xué)投射到對(duì)象上并且分析自對(duì)象反射的最終一個(gè)或多個(gè)失真的條紋圖像。

背景技術(shù)

在本領(lǐng)域中，可以通過下述方法進(jìn)行對(duì)象的三維形狀測(cè)量：利用投影儀將一個(gè)或多個(gè)條紋圖案投射到對(duì)象上并且隨后基于自對(duì)象反射且隨后由攝像機(jī)捕捉的一個(gè)或多個(gè)失真的條紋圖像計(jì)算對(duì)象形狀的深度分布。為了增加形狀測(cè)量的空間分辨率，每個(gè)條紋圖案可以包括周期性布置的條紋，每個(gè)條紋通過調(diào)制函數(shù)(該調(diào)制函數(shù)為或足夠接近正弦或余弦函數(shù))加上某個(gè)常數(shù)在強(qiáng)度上被調(diào)制，從而調(diào)制的強(qiáng)度總是非負(fù)的。即，每個(gè)條紋大體上在強(qiáng)度上被正弦地調(diào)制。

利用大體上正弦調(diào)制的條紋圖案的三維形狀測(cè)量的概述在KARPINSKY，N.和ZHANG，S.在2010年8月6日的實(shí)時(shí)圖像處理雜志第5卷第3期第1-12頁(yè)中的“High-resolution，real-time3D?imaging?with?fringe?analysis”一文中有所介紹，通過引用將該文整體并入本文中。失真的條紋圖像通常可以被建模為：

其中，I(x，y)是坐標(biāo)(x，y)處觀察到的強(qiáng)度水平，I′(x，y)是失真條紋圖像上的平均強(qiáng)度，I″(x，y)是強(qiáng)度調(diào)制，而是相位。具體地，在失真條紋圖像的所有坐標(biāo)上的值為的相位圖被用于計(jì)算對(duì)象形狀的深度分布。在本領(lǐng)域中，通常認(rèn)為，基于失真條紋圖像或多個(gè)這種圖像中觀察到的強(qiáng)度水平的計(jì)算可能僅導(dǎo)致具有2π模糊的值，這是由于在計(jì)算時(shí)涉及到反正切函數(shù)。因此，通常被解釋為：

取值范圍在-π至π之間的θ(x，y)可以通過觀察到的強(qiáng)度水平計(jì)算得到，并且為整數(shù)的N(x，y)被稱為條紋級(jí)次。在本領(lǐng)域中，θ(x，y)值的集通常被引用為包裹相位圖，而相位圖可選地被稱為解包裹相位圖。一般而言，需要計(jì)算條紋級(jí)次以“解開(unwrap)”該包裹相位圖，以獲得解包裹相位圖。

條紋級(jí)次涉及失真條紋圖像中特定條紋與其條紋圖案中的原始位置相距的條紋周期的數(shù)量。輔助確定條紋級(jí)次的方法在SU，W.-H.在2007年10月1日的光學(xué)快報(bào)第五卷第20期第13167-13181頁(yè)中的“Color-encoded?fringe?projection?for3D?shape?measurements”一文中公開，通過引用將該文整體并入本文中。在該方法中，正弦條紋圖案疊加有由多個(gè)順序布置在一起的彩色條帶形成的彩色圖。相鄰的兩個(gè)彩色條帶具有大體上不同的顏色，從而在被對(duì)象失真之后為條紋提供識(shí)別標(biāo)志。彩色條帶的寬度可以接近于條紋的寬度。由此，可以在彩色、正弦的條紋圖案被對(duì)象失真之后獲得條紋級(jí)次以形成彩色、失真的條紋圖像。彩色、失真的條紋圖像的強(qiáng)度分量被用于計(jì)算包裹相位圖。然而，由于對(duì)象的表面通常對(duì)不同顏色的光具有不同的反射反應(yīng)，彩色條紋圖案中的多種顏色的存在將干擾引入到了彩色、失真的條紋圖像的強(qiáng)度分量中。這使得強(qiáng)度分量的分布并不完全地建模由對(duì)象形狀引起的失真，由此降低了對(duì)象形狀的三維測(cè)量的精度。

本領(lǐng)域中，需要一種在SU的教導(dǎo)之下改進(jìn)的條紋圖案的設(shè)計(jì)，從而改進(jìn)的設(shè)計(jì)使得能夠計(jì)算條紋級(jí)次，同時(shí)能夠維持測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于三維地測(cè)量對(duì)象形狀的光學(xué)方法。

該方法包括將一個(gè)預(yù)定條紋圖案投射到對(duì)象上或?qū)⒉恢挂粋€(gè)預(yù)定條紋圖案相繼地投射到對(duì)象上。不止一個(gè)預(yù)定條紋圖案可以源自對(duì)于不同預(yù)定條紋圖案具有不同相位偏移的一個(gè)參考條紋圖案，每個(gè)相位偏移表示參考條紋圖案中的條紋的位置偏移。因此，對(duì)象使一個(gè)或多個(gè)預(yù)定條紋圖案失真，由此生成一個(gè)或多個(gè)失真條紋圖像。該方法還包括分析一個(gè)或多個(gè)失真條紋圖像以估計(jì)解包裹相位圖，該解包裹相位圖表征一個(gè)或多個(gè)失真條紋圖像的一種或多種強(qiáng)度分布。因此，可以通過解包裹相位圖獲得對(duì)象形狀的深度分布。

一個(gè)或多個(gè)預(yù)定條紋圖案中的每一個(gè)均包括周期性地布置在其上的多個(gè)條紋。每個(gè)條紋具有條紋寬度，并且強(qiáng)度在條紋寬度上被調(diào)制。優(yōu)選地，強(qiáng)度大體上被正弦調(diào)制。具體地，一個(gè)或多個(gè)預(yù)定條紋圖案中的至少一個(gè)還被配置成彩色編碼的條紋圖案。