[發(fā)明專利]一種三維形貌測(cè)量的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810011176.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN108088391B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐玉華;朱憲偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深度創(chuàng)新科技(深圳)有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 44205 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 唐致明

本發(fā)明公開了一種三維形貌測(cè)量的方法，包括：周期性地向被測(cè)物投影M幅第一相移圖像和N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像；其中，當(dāng)前周期的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像不同且與上一周期的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像也不同；周期性地采集上述圖像得到對(duì)應(yīng)的M對(duì)第二相移圖像和N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像；根據(jù)當(dāng)前周期的M對(duì)第二相移圖像計(jì)算得到包裹相位；根據(jù)當(dāng)前周期的上一周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像和當(dāng)前周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像結(jié)合包裹相位進(jìn)行視差圖計(jì)算，再根據(jù)視差圖恢復(fù)被測(cè)物的三維形貌。此外，還公開了一種三維形貌測(cè)量的系統(tǒng)。上述方法和系統(tǒng)不僅有效提高了對(duì)被測(cè)物三維形貌測(cè)量的精度和測(cè)量的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維表面測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種三維形貌測(cè)量的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三維表面測(cè)量在產(chǎn)品檢測(cè)、逆向工程、3D打印、人體測(cè)量、人機(jī)交互、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前流行的方法包括激光掃描方法、立體視覺方法、飛行時(shí)間(ToF)方法以及結(jié)構(gòu)光方法等。

其中，基于條紋投影的結(jié)構(gòu)光方法以其效率高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。與之相應(yīng)的相移算法需要向被測(cè)物表面投射至少3張相移圖像，再對(duì)通過立體相機(jī)對(duì)上述相移圖像采集得到對(duì)應(yīng)的至少3對(duì)相移圖像進(jìn)行處理得到各個(gè)像素點(diǎn)處的相位值，即包裹相位；為恢復(fù)被測(cè)物的三維形貌，進(jìn)一步地，還需要對(duì)包裹相位進(jìn)行解相位得到對(duì)應(yīng)的絕對(duì)相位；最后利用各個(gè)像素點(diǎn)的絕對(duì)相位與視差的對(duì)應(yīng)關(guān)系完成被測(cè)物三維形貌的重建與測(cè)量。

然而，在傳統(tǒng)的解相位方法中，匹配過程中通常只在候選匹配像素對(duì)的鄰域空間內(nèi)進(jìn)行比較。但在實(shí)際測(cè)量過程中，由于被測(cè)物表面會(huì)有光照和/或外觀等因素的變化，因此，這種僅在二維匹配窗口進(jìn)行像素點(diǎn)匹配的方法會(huì)產(chǎn)生粗大的匹配誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種三維形貌測(cè)量的方法，包括：

周期性地向被測(cè)物投影M幅第一相移圖像和N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像；其中，當(dāng)前周期的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像不同且當(dāng)前周期的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像與當(dāng)前周期的上一周期的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像也不同，M為不小于3的自然數(shù)，N為自然數(shù)；

周期性地采集M幅第一相移圖像和N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像得到對(duì)應(yīng)的M對(duì)第二相移圖像和N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像；

根據(jù)當(dāng)前周期的M對(duì)第二相移圖像計(jì)算得到包裹相位；

根據(jù)當(dāng)前周期的上一周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像和當(dāng)前周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像結(jié)合包裹相位進(jìn)行視差圖計(jì)算，再根據(jù)視差圖恢復(fù)被測(cè)物的三維形貌。

進(jìn)一步地，奇數(shù)周期投影的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像相同，偶數(shù)周期投影的N幅第一二值隨機(jī)散斑圖像相同。

進(jìn)一步地，N的取值為1。

進(jìn)一步地，在根據(jù)當(dāng)前周期的M對(duì)第二相移圖像計(jì)算得到包裹相位的步驟中，計(jì)算得到包裹相位包括計(jì)算得到第一包裹相位圖和第二包裹相位圖；相應(yīng)地，

根據(jù)當(dāng)前周期的上一周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像和當(dāng)前周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像結(jié)合包裹相位進(jìn)行視差圖計(jì)算，再根據(jù)視差圖恢復(fù)被測(cè)物的三維形貌的步驟包括：

攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定；

根據(jù)相位差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)相位差閾值的判斷獲取第一包裹相位圖中特定像素點(diǎn)在第二包裹相位圖中對(duì)應(yīng)的候選匹配像素點(diǎn)集；

利用當(dāng)前周期的上一周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像和當(dāng)前周期的N對(duì)第二二值隨機(jī)散斑圖像，從候選匹配像素點(diǎn)集中根據(jù)相似性最大獲取特定像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的匹配像素點(diǎn)，特定像素點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的匹配像素點(diǎn)構(gòu)成匹配像素對(duì)；

根據(jù)匹配像素對(duì)的坐標(biāo)差值獲取被測(cè)物的視差圖，再根據(jù)視差圖恢復(fù)被測(cè)物的三維形貌。