[發明專利]基于條紋投影輪廓術的高效相位-三維映射方法及系統

有效

• 申請號: 201611242689.4
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106767533B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 彭翔;蔡澤偉;劉曉利
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

本發明適用于光學三維數字成像技術領域，提供了一種基于條紋投影輪廓術的高效相位?三維映射方法，所述條紋投影輪廓術基于雙目系統，雙目系統包括投影裝置和成像裝置，方法包括：步驟S1，利用投影裝置投影條紋序列到待測物體表面，并利用成像裝置采集受待測物體表面調制的變形條紋圖，根據所述變形條紋圖計算得到成像裝置圖像上所有像素點的相位；步驟S2，在預置的相位?三維映射系數查找表中查找出每一個像素點對應的相位?三維映射系數，并將每一個像素點的所述相位和對應的相位?三維映射系數代入相位?三維映射函數，從而計算出成像裝置圖像上每一個像素點對應的物點的三維坐標。本發明提供的方法可實現條紋投影輪廓術的高效三維重建。

技術領域

本發明屬于光學三維數字成像技術領域，尤其涉及一種基于條紋投影輪廓術的高效相位-三維映射方法及系統。

背景技術

條紋投影輪廓術是一種非接觸式、全場測量的光學三維數字成像與測量方法；其基于一個雙目系統，雙目系統通常包括一個相機和一個投影機，其中，投影機投影一組正弦條紋序列到被測物體表面，相機采集受物體表面調制的變形條紋圖；通過條紋分析技術獲取變形條紋圖的調制相位，通過場景重建方法從調制相位中恢復被測物體的三維形貌。

有兩種典型的基于條紋投影輪廓術的三維重建方法：相位-高度映射法和立體視覺法；其中，相位-高度映射法根據相位與高度的調制原理將相位直接映射為高度，實現高效三維重建。然而，在實際應用中相位-高度映射法存在一些限制，諸如相機或投影機的光軸需垂直于參考平面，相機和投影機中心的連線平行于參考平面，參考平面限制了測量空間等。此外，相位-高度映射法的標定通常需要使用精密位移平臺或量塊獲取精確的高度值，不適合現場標定。

而立體視覺法是根據三角測量原理進行三維重建。相較而言，由于采用雙目系統結構，立體視覺法克服了在相位-高度映射法中的那些應用限制；而且立體視覺法的標定過程更加靈活，只需將標靶放置在測量空間中合適的位置即可完成系統標定。然而，在重建過程中，立體視覺法需要進行一系列的坐標變換，特別是搜索相機與投影機之間的對應點，大大增加了計算復雜度和時間成本，顯著降低了三維重建的效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于條紋投影輪廓術的高效相位-三維映射方法及系統，旨在將相位直接映射到空間點的三維坐標，進而實現待測物體的高效三維重建。

本發明提供了一種基于條紋投影輪廓術的高效相位-三維映射方法，所述條紋投影輪廓術基于雙目系統，所述雙目系統包括投影裝置和成像裝置，所述方法包括：

步驟S1，利用投影裝置投影條紋序列到待測物體表面，并利用成像裝置采集受所述待測物體表面調制的變形條紋圖，根據所述變形條紋圖計算得到成像裝置圖像上所有像素點的相位；

步驟S2，在預置的相位-三維映射系數查找表中查找出每一個像素點對應的相位-三維映射系數，并將每一個像素點的所述相位和對應的相位-三維映射系數代入預置的相位-三維映射函數，從而計算出成像裝置圖像上每一個像素點對應的物點的三維坐標。

進一步地，所述相位-三維映射函數為：