[發(fā)明專利]一種基于多模態(tài)復(fù)合編碼和極線約束的高效三維圖像獲取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710182704.9
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106931910B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳錢;陶天陽;左超;馮世杰;胡巖;顧國華;張玉珍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于多模態(tài)復(fù)合編碼和極線約束的高效三維圖像獲取方法，其特征在于分別采取快速成像模式或高精度成像模式，在快速成像模式下，通過四幅條紋光柵獲取兩種不同頻率相位圖，利用極線約束以及左右一致性檢驗求得高頻絕對相位并通過相位與三維坐標(biāo)映射關(guān)系獲取三維圖像，其中快速成像方法的具體步驟如下：

步驟一，成像系統(tǒng)標(biāo)定；

步驟二，生成、投射和采集四幅雙頻光柵條紋；

步驟三，分析左相機、右相機采集到的光柵條紋分別得到一組高頻相位和一組低頻相位；

步驟四，利用極線約束搜索左相機高頻相位圖上每一點，即原始點在空間上的對應(yīng)點，并通過深度約束剔除部分錯誤點；

步驟五，剩余的空間對應(yīng)點被投射到右相機的高頻以及低頻相位圖上，通過原始點和對應(yīng)點之間相位差異確定最終對應(yīng)點，并獲取高頻絕對相位；

步驟六，根據(jù)絕對相位獲取三維圖像，從而實現(xiàn)了對動態(tài)場景三維圖像高效高精度獲?。?/p>

其中，快速成像方法的步驟四中的具體過程如下：

對于高頻相位圖φ_H上任意一點p，即為原始點，其周期級次k有F_H種可能性，這意味著其絕對相位

Φ_H＝φ_H+2kπ,k∈[0,F_H-1]

有F_H個不同值，再由下式

可知p在三維空間中對應(yīng)著F_H個點，即F_H個對應(yīng)點，其中M_Z,N_Z以及C_Z由步驟一中所獲取的標(biāo)定參數(shù)推導(dǎo)而得，W為投影儀的橫向分辨率，x_p為p在投影儀上的對應(yīng)點；三維成像的關(guān)鍵就是要確認(rèn)這F_H個對應(yīng)點中唯一正確的對應(yīng)點，首先根據(jù)左相機、右相機和投影儀有效范圍預(yù)先設(shè)定為(Z_min,Z_max)，其中Z_min，Z_max表示不同的實際空間深度值，并且Z_min＜Z_max；所有使得Z超出這個預(yù)先設(shè)定的范圍的k及其對應(yīng)的空間點將被確認(rèn)為錯誤點并被排除掉，經(jīng)過該步驟處理后，p的正確周期級次k及其空間對應(yīng)點的范圍將縮小至F_H'種，其中F_H'＜＜F_H；

快速成像方法的步驟五中的具體過程為：

首先，將步驟四中在(Z_min,Z_max)內(nèi)剩余的空間點投影到右相機的成像面上，得到F_H'個位于右相機成像面上的二維對應(yīng)點；

其次，通過φ_diff＝φ_H(p)-φ_H'(p')進一步排除二維對應(yīng)點中φ_diff超過閾值0.5rad的點，其中φ_diff表示原始點與對應(yīng)點在包裹相位φ_H與φ_H'上的差異，此時將正確的對應(yīng)點的范圍從F_H'縮小至F_H”；

最后，在剩余的F_H”個對應(yīng)點中選取出使得φ_L(p)-φ_L'(p')最小的對應(yīng)點，并認(rèn)為該點為正確的對應(yīng)點，那么該點所對應(yīng)的周期級次k即為正確的周期級次，至此確認(rèn)原始點唯一的Φ_H；

在高精度測量模式下，通過N+2幅條紋光柵獲取兩種不同頻率的相位，其中N≥3，利用極線約束求得低頻絕對相位并用低頻絕對相位輔助高頻相位展開從而獲取高頻絕對相位并最終通過相位與三維坐標(biāo)映射關(guān)系獲取三維圖像，高精度成像模式的步驟如下：

步驟一，成像系統(tǒng)標(biāo)定；

步驟二，生成、投射和采集N+2幅雙頻光柵條紋圖案；

步驟三，分析左相機、右相機采集到的光柵條紋分別得到一組高頻相位和一組低頻相位；

步驟四，利用極線約束搜索左相機低頻相位圖上每一點，即原始點在空間上的對應(yīng)點，并通過深度約束剔除部分錯誤點；

步驟五，剩余的空間對應(yīng)點被投射到右相機的低頻相位圖上，通過原始點和對應(yīng)點之間相位差異確定最終對應(yīng)點，并通過低頻絕對相位獲取高頻絕對相位；

步驟六，根據(jù)絕對相位獲取三維圖像，從而實現(xiàn)了對靜態(tài)場景三維圖像高效高精度獲??；

高精度成像模式的步驟四中的具體過程如下：

對于低頻相位圖φ_L上任意一點q，即原始點，其周期級次k有N_L種可能性，這意味著其絕對相位

Ψ_L＝ψ_L+2lπ,l∈[0,N_L-1]

有N_L個不同值，再由下式

可知q在三維空間中對應(yīng)著N_L個點，即對應(yīng)點，其中M_Z,N_Z以及C_Z由步驟一中所獲取的標(biāo)定參數(shù)推導(dǎo)而得，W為投影儀的橫向分辨率，x_q為q在投影儀上的對應(yīng)點；三維成像的關(guān)鍵就是要確認(rèn)這N_L個對應(yīng)點中唯一正確的對應(yīng)點，首先根據(jù)左相機、右相機和投影儀有效范圍可預(yù)先設(shè)定為(Z_min,Z_max)，其中Z_min，Z_max表示不同的實際空間深度值，并且Z_min＜Z_max，所有使得Z_q超出這個預(yù)先設(shè)定的范圍的l及其對應(yīng)的空間點將被確認(rèn)為錯誤點并被排除掉，經(jīng)過該步驟q的正確周期級次l及其空間對應(yīng)點的范圍將縮小至N_L'種，其中N_L'＜＜N_L；

高精度成像模式的步驟五中的具體過程為：

首先，將步驟四中在(Z_min,Z_max)內(nèi)剩余的空間點投影到右相機的成像面上，得到N_L'個位于右相機成像面上的二維對應(yīng)點；

其次，由于N_L'＜＜N_L從而可從N_L'個對應(yīng)點中選取出使得ψ_L(p)-ψ_L'(p')最小的對應(yīng)點，并認(rèn)為該點為正確的對應(yīng)點，那么該點所對應(yīng)的周期級次l即為正確的周期級次，至此可以確認(rèn)原始點唯一的Ψ_L；

最后，通過下式

ψ_H＝ψ_H+2lπ

求得最終的高頻絕對相位Ψ_H。