[發(fā)明專利]一種彩色結(jié)構(gòu)光三維測量方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)

有效

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• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109186476B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高健;周浩源;胡浩暉;羅瑞榮;陳新;湯暉;陳云;賀云波
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/25
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本申請公開了一種彩色結(jié)構(gòu)光三維測量方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)，該方法包括：采用正弦相移編碼法、分段階梯相位編碼法、格雷碼編碼四幅彩色條紋圖案；通過DLP投影儀依次聚焦投影四幅彩色條紋圖案于參考平面和被測物體上；通過彩色CCD相機獲取參考平面上未被調(diào)制的及被測物體高度調(diào)制變形后的條紋圖案；對兩組條紋圖案進(jìn)行解碼處理，得到被測物體的連續(xù)相位差值；利用三角法求解被測物體表面三維高度信息。這樣通過融合正弦相移編碼、分段階梯相位編碼及格雷碼的彩色復(fù)合編碼的測量方法，利用三角原理，僅需四幅彩色圖案即可實現(xiàn)三維測量，投影幅數(shù)少，處理速度快，抗干擾能力強，適合于靜態(tài)場景下表面不連續(xù)物體的快速高精度三維測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維光學(xué)測量領(lǐng)域，特別是涉及一種彩色結(jié)構(gòu)光三維測量方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

目前，三維測量技術(shù)發(fā)展的主要方向包括飛行時間法、散斑干涉法、結(jié)構(gòu)光條紋投影測量輪廓術(shù)等主動視覺技術(shù)，以及雙目立體視覺、攝影測量等被動視覺技術(shù)。其中，結(jié)構(gòu)光條紋投影測量輪廓術(shù)具有高速、高精度、全場無損耗測量及成本低等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于逆向工程、文物數(shù)字化、生物醫(yī)療、工業(yè)檢測、虛擬現(xiàn)實等方面，成為三維測量領(lǐng)域的重要研究方向。結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)由相機、投影儀及計算機組成，在三維測量過程中，由投影裝置把編碼的條紋圖案投影到被測物體表面，同時使用相機拍攝經(jīng)被測物體高度調(diào)制而發(fā)生變形的條紋圖像，然后通過對調(diào)制的條紋圖像進(jìn)行解調(diào)處理，得到反映物體高度的相位信息，最后根據(jù)相位信息和標(biāo)定得到的系統(tǒng)參數(shù)，獲得被測物體的三維信息。

彩色CCD(Charged Couple Device)成像和DLP(Digital Light Processing)投影系統(tǒng)的出現(xiàn)，為結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)提供了新的研究方向，即彩色結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)，一幅彩色圖像包含紅、綠、藍(lán)三個顏色通道，可以作為編碼條紋圖的載體，彩色編碼圖案可比灰度編碼圖案包含更多的信息，因此基于彩色條紋編碼結(jié)構(gòu)光的三維測量可以減少對被測物體投射圖案的幅數(shù)，極大提高了編碼結(jié)構(gòu)光三維測量的速度。

但是，基于灰度時間編碼的結(jié)構(gòu)光三維測量方法存在投影幅數(shù)多，測量速度慢等缺點，而投影幅數(shù)少的彩色編碼測量方法中，基于彩色梯形相移加格雷碼或者正弦相移加格雷碼的方法在需要高的空間分辨率時，需投影的條紋圖案數(shù)目增多，基于同樣基色的彩色格雷碼圖案幅數(shù)也隨著增加，且格雷碼對應(yīng)條紋級次判決變得困難，解碼時較易出現(xiàn)周期錯位等問題，導(dǎo)致測量精度降低。此外，利用階梯相位編碼輔助正弦相移條紋解包裹運算的測量方法中，由于傳統(tǒng)階梯相位編碼嵌入到正弦相移條紋中只有一個循環(huán)周期，限制碼字了個數(shù)，測量精度也因此受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種彩色結(jié)構(gòu)光三維測量方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)，投影幅數(shù)少，處理速度快，抗干擾能力強，適合于表面不連續(xù)物體的快速高精度三維測量。其具體方案如下：

一種彩色結(jié)構(gòu)光三維測量方法，包括：

采用正弦相移編碼法、分段階梯相位編碼法、格雷碼三種時間編碼方法編碼四幅彩色條紋圖案；

通過DLP投影儀依次聚焦投影所述四幅彩色條紋圖案于參考平面和被測物體上；

通過彩色CCD相機獲取所述參考平面上未被調(diào)制的第一組條紋圖案及所述被測物體高度調(diào)制變形后的第二組條紋圖案；

通過階梯相位編碼條紋及格雷碼條紋輔助正弦相移條紋對獲取的兩組所述條紋圖案分別進(jìn)行解碼處理，得到所述被測物體的連續(xù)相位差值；

根據(jù)所述被測物體的連續(xù)相位差值，利用三角法求解所述被測物體表面每一點的高度信息。

優(yōu)選地，在本發(fā)明實施例提供的上述彩色結(jié)構(gòu)光三維測量方法中，采用正弦相移編碼法編碼四幅彩色條紋圖案，具體包括：

將四幅灰度正弦相移編碼分別嵌入四幅彩色條紋圖案的紅色通道內(nèi)，相移步距為π/2，形成四步相移的正弦相移條紋。