[發明專利]結構光三維測量方法及系統

有效

• 申請號: 201710581178.3
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107421467B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 胡學磊;李鵬杰;鄭眾喜
• 申請（專利權）人: 蘇州優納科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 吳黎

本發明涉及光學三維傳感和測量技術領域，公開的一種結構光三維測量方法包括以下步驟：將正弦周期條紋的周期序號按照編碼方式F編碼為m位二進制數；控制投影單元投影m×n幅具有編碼后的周期序號的正弦周期條紋結構光至被測物體，每組相移中的相同條紋周期對應同一個編碼位值，編碼位值為0或1，分別對應n步相移的條紋相位的單調遞增或單調遞減；計算每個投影成像點的m個截斷相位值；獲取每個投影成像點的m個編碼位值，校正反折的截斷相位值；計算校正后的m個截斷相位值的平均值；根據編碼方式F的反運算F^?1獲得正弦周期條紋的周期序號；計算得到完整相位。本發明簡化了結構光的投影流程，提高了測量精度，并且降低了計算時間。

技術領域

本發明涉及光學三維傳感和測量技術領域，具體涉及一種結構光三維測量方法及系統。

背景技術

光學三維測量方法已經廣泛應用于工業檢測、逆向工程、人體掃描、文物保護等多個領域，對自由曲面的檢測具有速度快、精度高的優勢。按照成像照明方式的不同，光學三維測量技術可分為被動三維測量和主動三維測量兩大類，其中在主動三維測量技術中，結構光三維測量技術發展最為迅速。

如圖1所示，結構光三維測量技術是利用普通或者激光作為光源，將已知的圖案通過投影儀投射到被測物體的表面，根據通過成像裝置例如相機從另一角度獲取的圖像，利用三角原理獲得采樣點的三維信息。當投影的結構光圖案比較復雜時，為確定物體表面點與其圖像像素點之間的對應關系，需對投射的圖案進行編碼，然后對拍攝到的圖像進行解碼。

圖案編碼主要分為空域編碼和時域編碼，空域編碼方法只需要一次投射即可獲得待測物體深度圖，適用于動態測量，分辨率和處理速度欠缺，且譯碼要求高；時域編碼需要將多個不同的投射編碼圖案組合起來解碼，較容易解碼，但要求投射的空間位置不變，難以實現實時測量。

結構光測量方法還包括一類測量方法，即相位法，原理是將光柵圖案投射到被測物表面，受物體高度的調制，光柵條紋發聲形變，采集形變條紋并且對其進行解調可以得到包含高度信息的相位變化，最后根據三角法原理計算出高度。相位法相對于時域編碼法或空域編碼法，不需要復雜的編碼，同時由于每個圖像像素點都可以獲得三維數據，可以實現真正的全場測量，且分辨率高，但是相位法需要對折疊的相位進行展開，目前，多數的相位展開方法都需要人工干預，這成為了實現該方法自動化的最大障礙。

中國專利文獻CN102322823A公開了一種基于相位級次自編碼的光學三維測量方法，將空域編碼法和相位法相結合，首先設計編碼相位，根據編碼相位生成待投影的相移條紋，在編碼相位中，將每個周期作為一個編碼單元，編碼值為1或0，分別對應相位分布的微分值正或負，完成對條紋級次的空間標記編碼。在測量時，按順序投影正弦條紋圖像，根據相移技術計算出截斷相位，再做相應的解碼，從而獲取待測物體的絕對相位。

但是，使用上述測量方法進行測量時，在識別某一像素的周期條紋編碼值時，既需計算出此像素所在周期條紋的碼元值，還需計算出此像素所在周期條紋的鄰近周期條紋的碼元值，組成一個子代碼值，才能確定各周期級次，進而獲取絕對相位，計算量大，測量速度慢。并且，結構光投影的陰影和被測物的高低陡變均有可能造成某一周期條紋的消失，該周期條紋的鄰近條紋的像素點就不可能獲取準確的子代碼值，進而造成周期編碼識別錯誤，嚴重影響測量結果的準確性。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題是現有技術中，結構光三維測量準確性差的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供了一種結構光三維測量方法，包括以下步驟：

將正弦周期條紋的周期序號按照編碼方式F編碼為m位二進制數，得到編碼后的周期序號；