[發明專利]基于相位映射的折疊相位三維數字成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201710828043.2
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107504919B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 劉曉利;楊洋;蔡澤偉;彭翔;湯其劍
• 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，提供了一種基于相位映射的折疊相位三維數字成像方法及裝置，包括：采集包含被測物體信息的圖像，并根據圖像計算兩個成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值；利用第一成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值和預置的第一標定數據，用相位映射計算出每個像素點相對應的n個候選空間三維點坐標；將n個候選空間三維點重投影到第二成像裝置成像平面上，得到n個候選投影點，并插值出候選投影點的折疊相位值；以第一成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值和與之對應的n個候選投影點的折疊相位值為依據，從候選空間三維點中篩選出正確的空間三維點，實現三維數字重建；本發明提供的方法縮短了三維重建時間。

技術領域

本發明屬于光學三維數字成像技術領域，尤其涉及一種基于相位映射的折疊相位三維數字成像方法及裝置。

背景技術

三目三維成像系統是一種非接觸式、全場測量的光學三維數字成像系統。該系統采用投影裝置投影一組正弦光柵或準正弦光柵到物體表面，采用成像裝置采集經物體表面面形調制后的條紋圖，結合相移技術計算每一測量點的空間折疊相位值，之后直接利用折疊相位信息計算得到物體表面的三維信息。三目三維成像系統由于其高成像密度、高成像速度、高測量精度和高測量普適性而得到廣泛應用。

隨著三維成像和測量技術的快速發展，縮短測量時間和提高測量精度成為目前主要的研究方向。三維成像和測量過程主要包括:被測物體信息采集和信息處理兩個過程。

被測物體信息采集過程主要指：投影裝置投射一組正弦或準正弦條紋光到被測物體表面，并利用成像裝置采集經被測物體表面調制后的條紋圖。為了縮短該過程的測量時間，最有效的方法為減少投影和采集圖像的數量。現有的利用相位三維成像技術在采集過程中通常投射一系列正弦條紋圖和相對應的格雷碼圖或投射一系列正弦條紋圖和散斑圖，以上兩個過程都需要投射除正弦條紋圖以外的圖像序列，這樣明顯會增加采集圖像的數量，延長系統采集信息的時間。

信息處理過程主要指：利用采集到的被測物體的信息通過計算重建被測物體的三維信息。現有的重建三維信息技術主要是利用立體視覺的方法根據三角測量原理進行三維重建，該方法需要搜索兩個成像裝置之間的對應點，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

本發明提供一種基于相位映射的折疊相位三維數字成像方法及裝置，旨在解決投影采集和三維重建的整個過程中處理速度較慢，耗時較長的問題。

本發明提供了一種基于相位映射的折疊相位三維數字成像方法，所述三維數字成像方法應用于三維成像系統，所述三維成像系統包括：第一成像裝置、投影裝置和第二成像裝置，所述第一成像裝置和所述第二成像裝置位于所述投影裝置的兩側，所述三維數字成像方法包括：

步驟S1，利用所述投影裝置投影正弦條紋序列到被測物體表面，并利用所述第一成像裝置采集包含被測物體信息的圖像，根據所述圖像計算第一成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值φ_l，得到由所述第一成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值φ_l組成的第一折疊相位分布圖；并利用所述第二成像裝置采集包含被測物體信息的圖像，根據所述圖像計算第二成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值φ_r，得到由所述第二成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值φ_r組成的第二折疊相位分布圖；

步驟S2，利用所述第一成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值φ_l和預置的第一標定數據，用相位映射計算出每個像素點相對應的n個候選空間三維點的坐標；

步驟S3，利用預置的第二標定數據將所述第一成像裝置成像平面上的每個像素點的n個候選空間三維點重投影到所述第二成像裝置成像平面上，得到n個與所述候選空間三維點一一對應的候選投影點，并利用所述第二成像裝置成像平面上每個像素點的折疊相位值φ_r插值出所述候選投影點的折疊相位值；