[發明專利]一種高適應性的彩色物體三維重建方法

有效

• 申請號: 201810417977.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108931209B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 韓成;楊帆;張超;胡漢平;李華;丁瑩;權巍;薛耀紅
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 22100 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司
• 代理人: 王薇

本發明涉及一種高適應性的彩色物體三維重建方法，其特征在于：相機和投影儀固定在三腳支架上，并通過電纜將相機與計算機進行連接，通過電纜將投影儀與計算機進行連接；利用計算機生成一幅彩色編碼結構光圖案，并進行多源時序化分層處理，接著對多源時序化分層圖案進行解碼處理，組合得到調制的單幅彩色編碼結構光圖案，接著利用條紋匹配方法實現對編碼特征點的匹配，最后利用三角測量方法實現編碼特征點的三維深度信息值解算。實現類似單幅彩色編碼結構光實現過程，而且在一定程度上減少了投影儀投射的編碼圖案數量。

技術領域

本發明涉及一種高適應性的彩色物體三維重建方法，屬于計算機視覺技術領域。

背景技術

結構光三維重建方法是一種利用投影儀和相機實現的主動式三維測量技術，其通過投影儀投射事先設計的編碼圖案到待測物體表面上，由于待測物體表面幾何拓撲結構對投影儀投射的圖案產生調制變形，此時利用相機對調制圖案進行采集，再結合相應的解碼方法以及系統參數，即可確定待測物體表面上的點在空間中的深度信息值。通過結構光三維重建技術能夠對物體進行高精度重建、無接觸測量，其已經成為目前的三維自由曲面測量的重要方法之一。目前隨著虛擬現實技術的快速發展，結構光三維重建技術為3D打印、體感交互設備、三維影視模型構造等許多行業都提供了技術支持。

隨著三維重建技術的快速發展，國內外研究學者針對結構三維重建技術進行了一系列研究，其中Inokuchi等人考慮到格雷碼憑借著發射特性使得相鄰碼字在解碼過程中出錯率低，為此提出了通過將二值編碼方法結合格雷碼方法進行編碼圖案設計；隨后，Caspi等人對其方法進行了相應改進，提出了多值格雷碼方法，雖然其在一定程度上減少了投射編碼圖案的數量，但是編碼圖案相對而言還是較多；為此Boyer等人提出了一種利用黑色條紋對三原色條紋(紅色條紋、綠色條紋、藍色條紋)的組合編碼圖案進行隔離，從而實現具有單幅編碼圖案，雖然該方法能夠快速重建待測物體，但是卻存在著解碼過程復雜、同時伴隨著待測物體復雜性而導致解碼錯誤率高的問題。為此在單幅編碼結構光圖案研究中，Salvi等提出了水平方向和豎直方向進行交叉條紋編碼設計單幅柵格圖案，其通過利用三原色對水平方向進行組合編碼，而在豎直方向則利用青黃深紅色進行編碼設計。與此同時，Antonio等人提出了一種利用七種顏色進行無序彩色編碼方法設計，其通過將編碼特征點替換軸線進行編碼設計，實現對動態待測物體進行快速測量。雖然單幅彩色編碼結構光能夠快速的對待測物體進行三維重建，但是這類方法面臨著一類問題，就是當待測物體的表面紋理對彩色編碼顏色碼產生嚴重干擾時，會使得單幅彩色編碼結構光三維重建方法失效，而此時如果利用多幅格雷碼等方法進行三維重建時，會存在著投影儀投射編碼圖案較多的問題。

發明內容

為了避免待測的彩色物體表面紋理色彩信息對彩色編碼結構光的顏色碼信息產生干擾的問題，以及減少投影儀投射編碼圖案數量，本發明的目的在于提供一種高適應性的彩色物體三維重建方法，其首先利用計算機生成一幅彩色編碼結構光圖案，并進行多源時序化分層處理，接著對多源時序化分層圖案進行解碼處理，組合得到調制的單幅彩色編碼結構光圖案，接著利用條紋匹配方法實現對編碼特征點的匹配，最后利用三角測量方法實現編碼特征點的三維深度信息值解算。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種高適應性的彩色物體三維重建方法，其特征在于：相機和投影儀固定在三腳支架上，并通過電纜將相機與計算機進行連接，通過電纜將投影儀與計算機進行連接；

具體的重建步驟如下：

步驟1、多源時序分層投影編碼圖案的設計