[發(fā)明專利]一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811292271.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN109579741B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左超;錢佳銘;陳錢;陶天陽;馮世杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發(fā)明公開了一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法，首先采用三步相移法進(jìn)行相移輪廓術(shù)，同時(shí)利用三步相移中的第二幅條紋再加一幅全白圖進(jìn)行傅里葉輪廓術(shù)，基于立體相位展開法展開相位；然后通過相鄰兩時(shí)刻相位的變化來逐像素地判斷被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)區(qū)域；在測(cè)量靜態(tài)對(duì)象時(shí)，利用相移輪廓術(shù)獲取高精度的輪廓，測(cè)量動(dòng)態(tài)對(duì)象時(shí)，利用傅里葉輪廓術(shù)高效地提取運(yùn)動(dòng)物體輪廓。本發(fā)明在復(fù)雜場(chǎng)景(場(chǎng)景中既包含運(yùn)動(dòng)物體又包含靜止物體或者物體同時(shí)呈現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)和靜止的兩種狀態(tài))下能充分利用傅里葉輪廓術(shù)和相移輪廓術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，得到精度更好的重構(gòu)結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法。

背景技術(shù)

高精度、非接觸性的三維成像技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療、人機(jī)互動(dòng)、安防等方面都有較廣泛的應(yīng)用。在過去的幾十年里，許多不同的三維面形測(cè)量法被提出，例如立體視覺法、飛行時(shí)間法、條紋投影法等。其中條紋投影法由于其高精度、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)在最主要的三維面形測(cè)量技術(shù)之一，且隨著電子投影設(shè)備的發(fā)展，高精度、高速的實(shí)時(shí)三維成像系統(tǒng)也成為可能。條紋投影技術(shù)中兩個(gè)主要的方法是相移輪廓術(shù)(V.Srinivasan,H.-C.Liu,and M.Halioua,“Automated phase-measuring profilometry of 3-d diffuseobjects,”Applied optics 23,3105-3108(1984).)和傅里葉輪廓術(shù)(M.Takeda andK.Mutoh,“Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3-dobject shapes,”Applied optics 22,3977-3982(1983).)。

相移輪廓術(shù)采取多幀光柵投影策略來對(duì)物體進(jìn)行三維測(cè)量，從編碼方式上看，多幀光柵投影策略在時(shí)域上恢復(fù)相位信息，通過拍攝一組結(jié)構(gòu)光圖像，采集的光強(qiáng)序列可用于無歧義地編碼每一個(gè)像素，該方法能有效抑制環(huán)境光和被測(cè)物體反射率對(duì)相位恢復(fù)的影響，因此具有更高的精度。但是由于多幀成像的特性，相移輪廓術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差較敏感，隨著被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度增加，其測(cè)量誤差也會(huì)增加。為盡量減少運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量引起的誤差，可提高測(cè)量效率，用盡量少的條紋圖重構(gòu)物體三維信息。傅里葉輪廓術(shù)是一種基于空間濾波的單幀光柵投影法，僅需一幅光柵就可重構(gòu)出物體三維信息。該方法通過投影正弦光柵，在頻域中選取合適濾波窗提取物體相位，根據(jù)相位與高度的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)三維重建。由于只用一幀條紋成像，傅里葉輪廓術(shù)對(duì)環(huán)境光的抑制能力不如相移輪廓術(shù)，因此測(cè)量靜態(tài)物體時(shí)的精度不如相移輪廓術(shù)；但傅里葉輪廓術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感，因此在測(cè)量運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)精度優(yōu)于相移輪廓術(shù)。

針對(duì)上述的測(cè)量效率和測(cè)量精度之間的矛盾，解決該矛盾的方法是降低相移輪廓術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感程度或者提升傅里葉輪廓術(shù)的精度。降低相移輪廓術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感程度可從三個(gè)方面著手：(1)提高硬件設(shè)備的速度；(2)提高相位展開的效率；(3)移除相移輪廓術(shù)中運(yùn)動(dòng)引起的誤差。提升傅里葉輪廓術(shù)精度的方法主要是去除代表背景的零頻信息對(duì)攜帶物體相位信息的基頻的影響。

上述的這些方法雖然一定程度上提高了相移輪廓術(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量能力、提升了傅里葉輪廓術(shù)的精度，但是在復(fù)雜場(chǎng)景(場(chǎng)景同時(shí)包含運(yùn)動(dòng)物體和靜止物體，或者同一個(gè)物體呈現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)特征)下依然難得出一個(gè)精度較高的重構(gòu)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法，通過對(duì)被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，在測(cè)量靜態(tài)物體時(shí)為靜態(tài)模式，其利用相移輪廓術(shù)獲取高精度的輪廓；測(cè)量動(dòng)態(tài)物體時(shí)為動(dòng)態(tài)模式，其利用傅里葉輪廓術(shù)高效地提取運(yùn)動(dòng)物體輪廓，且模式之間的切換是全自動(dòng)的，不需要任何的人為干預(yù)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于多視角的全自動(dòng)多模態(tài)三維彩色測(cè)量方法，其特征在于步驟如下：

步驟一，調(diào)整測(cè)量系統(tǒng)中四個(gè)相機(jī)和一個(gè)投影儀的空間位置，完成系統(tǒng)的標(biāo)定；