[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)光三維測量方法

有效

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• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109945802B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭煒煒;周劍;張增輝;桑林林
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州深淺優(yōu)視智能科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)光三維測量方法，屬于計算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域；方法包括：步驟S1，采用深度預(yù)測模型對目標(biāo)物體的表面形成的第一變化圖像進(jìn)行預(yù)測，得到目標(biāo)物體的深度圖像；步驟S2，根據(jù)不同相移的第二變化圖像，計算每一點(diǎn)的主值相位，并利用深度圖像，對第二變化圖像中每一點(diǎn)的主值相位進(jìn)行相位展開處理，以得到連續(xù)相位場的分布圖；步驟S3，采用標(biāo)定的系統(tǒng)參數(shù)對連續(xù)相位場的分布圖進(jìn)行處理，以得到得到目標(biāo)物體的表面每一個三維點(diǎn)的坐標(biāo)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物體的三維測量。上述技術(shù)方案的有益效果是：能夠減少投射圖像的數(shù)量，提高空間編碼的效率和質(zhì)量，最終獲得高精度的三維測量結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)光三維測量方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)光三維測量是一種主動式光學(xué)三維測量技術(shù)，其采用投影裝置向被測物體投射經(jīng)調(diào)制或者編碼的光學(xué)圖案(即結(jié)構(gòu)光圖案)，同時相機(jī)拍攝經(jīng)被測物體表面調(diào)制而發(fā)生變形的結(jié)構(gòu)光圖案，隨后從這些攜帶有被測物體表面三維信息的圖像中計算出被測物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。相比于雙目視覺法以及飛行時間法(Time of Flight，ToF)等三維測量方法，結(jié)構(gòu)光三維測量具有全場掃描、高測量速度、高分辨率和高精度等顯著優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用在工業(yè)檢測、3D打印、逆向工程、文物保護(hù)、醫(yī)學(xué)、三維物體識別、虛擬穿戴、娛樂等在內(nèi)的眾多領(lǐng)域。得益于DLP(Digital Light Processing，DLP)技術(shù)的發(fā)展，使得結(jié)構(gòu)光圖案可以通過計算機(jī)編程靈活選擇，最大限度的滿足測量精度和測量速度的要求。因此，結(jié)構(gòu)光三維測量方法逐漸成為物體三維測量的主流方式。

在結(jié)構(gòu)光三維測量中，根據(jù)編碼策略可以分為時間編碼、空間編碼和直接編碼，而根據(jù)結(jié)構(gòu)光圖案類型又可以分為光柵條紋圖案、二值編碼圖案、空間編碼圖案以及偽隨機(jī)圖案等測量方式。其中光柵條紋圖案由于測量精度高以及速度快等優(yōu)點(diǎn)，是目前普遍采用的結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)。

采用光柵條紋圖案進(jìn)行結(jié)構(gòu)光三維測量的基本思想是投射具有周期性的光柵條紋，經(jīng)目標(biāo)表面形狀調(diào)制而產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化，通過求取變形光柵條紋的相位并結(jié)合標(biāo)定的系統(tǒng)參數(shù)從而求取物體表明的三維信息。代表性的計算方法有傅里葉輪廓術(shù)(FTP，F(xiàn)ourier Transform Profilometry)和相位輪廓術(shù)(Phase Measurement Profilometry，PMP)等方法。

其中，相位場的計算是PMP計算方法的關(guān)鍵，相移法是通過采集多幀有一定相移的光柵條紋圖案來計算包含被測物體表面三維信息的相位場，在相移法中往往得到的是相位主值，與真實值還相差一個2kπ，因此需要解相位(Phase Unwrapping)從而得到快速連續(xù)的相位場分布。解相位是PMP中關(guān)鍵技術(shù)問題之一，直接影響著相移法測量的精度和速度。通常來說，直接在相位主值圖上進(jìn)行解相位是非常耗時的，其通過在相位主值圖上檢測2π跳變來解相位，但是這種解相位方法不能處理非常復(fù)雜或者是不連續(xù)的物理表面。與此相對應(yīng)的是時間解相位方法，其通過投射不同的條紋圖案來確定整個相位場中各像素所處的條紋級數(shù)，但是這種方法雖然對復(fù)雜物體表面的解相位效果較好，但是需要增加額外的投射圖案，從而降低了處理速度。并且，常見的解相位方法是采用Gray二值編碼圖案，其缺點(diǎn)是解相位依賴于圖像二值化的準(zhǔn)確性。綜上，提高解相位的速度和質(zhì)量是提高相移法三維高精度測量的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述區(qū)別技術(shù)特征，現(xiàn)提供一種結(jié)構(gòu)光三維測量方法的技術(shù)方案，旨在減少投射圖像的數(shù)量，提高空間編碼的效率和質(zhì)量，最終獲得高精度的三維測量結(jié)果。

上述技術(shù)方案具體包括：

一種結(jié)構(gòu)光三維測量方法，采用投影裝置先后將偽隨機(jī)圖案和具有不同初始相位的標(biāo)準(zhǔn)余弦分布的光柵條紋圖案投射到目標(biāo)物體的表面，隨后采用相機(jī)裝置記錄所述目標(biāo)物體的表面經(jīng)投射形成的圖像；其中，會預(yù)先訓(xùn)練形成一深度預(yù)測模型，所述深度預(yù)測模型的輸入數(shù)據(jù)為投射所述偽隨機(jī)圖像后在所述目標(biāo)物體的表面形成的一第一變化圖像，輸出數(shù)據(jù)為預(yù)測得到的所述目標(biāo)物體的深度圖像；