[發明專利]一種高精度結構光三維測量系統及方法

有效

• 申請號: 201911033365.3
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110926369B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 張新;劉威;邵航;黃海亮
• 申請（專利權）人: 浙江未來技術研究院（嘉興）
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 張偉洋

1.一種高精度結構光三維測量系統，其特征在于，所述系統包括：

雙波長結構光投射單元，用于將兩路波長分別為λ₁和λ₂的結構光合成為一束后投射至被測場景中；

雙波長采集單元，用于獲取經被測場景調制的結構光圖像，經分光分成兩路光路后分別采集經被測場景調制的波長λ₁和波長λ₂的結構光圖像；

計算單元，用于根據采集得到的經被測場景調制的波長λ₁和波長λ₂的結構光圖像計算獲得被測場景的三維信息；

所述雙波長結構光投射單元包括第一結構光投射器、第二結構光投射器和第一半反半透棱鏡；

所述第一結構光投射器用于投射波長為λ₁的結構光，所述第二結構光投射器用于投射波長為λ₂的結構光，所述第一半反半透棱鏡用于將兩路波長分別為λ₁和λ₂的結構光合成為一束后投射至被測場景中。

2.根據權利要求1所述的一種高精度結構光三維測量系統，其特征在于，所述雙波長采集單元包括成像鏡頭、第二半反半透棱鏡、第一帶通濾光片、第二帶通濾光片、第一感光元件和第二感光元件；

所述成像鏡頭用于獲取經結構光投射的所述被測場景的結構光圖像信息，所述第二半反半透棱鏡用于將獲取的所述被測場景的結構光圖像信息分成兩路光路，所述第一帶通濾光片用于獲取其中一路光路中的波長λ₁的被測場景的結構光圖像信息并成像至第一感光元件，所述第二帶通濾光片用于獲取另一路光路中的波長λ₂的被測場景的結構光圖像信息成像至第二感光元件。

3.一種高精度結構光三維測量方法，其特征在于，所述方法包括：

將兩路波長分別為λ₁和λ₂的結構光合成為一束后投射至被測場景中；

獲取經被測場景調制的結構光圖像，并經分光分成兩路光路后分別采集經被測場景調制的波長λ₁和波長λ₂的結構光圖像；

根據采集得到的經被測場景調制的波長λ₁和波長λ₂的結構光圖像計算獲得被測場景的三維信息；

將兩路波長分別為λ₁和λ₂的結構光合成為一束后投射至被測場景中，包括：

波長為λ₁的結構光為正弦結構光，所述正弦結構光的像素點的灰度沿投射畫面橫向方向呈正弦函數變化；

波長為λ₂的結構光為隨機編碼結構光，所述隨機編碼結構光由多個尺度下采用隨機分布產生的隨機圖像融合產生，且在不同的觀察距離下均具有不變的且唯一的特征點；

所述正弦結構光的相位信息與隨機編碼結構光的特征點滿足一一對應關系。

4.根據權利要求3所述的一種高精度結構光三維測量方法，其特征在于，根據采集得到的經被測場景調制的波長λ₁和波長λ₂的結構光圖像計算獲得被測場景的三維信息，具體包括：

對獲得的波長為λ₁的經被測場景調制的正弦結構光圖像I₁進行傅里葉變換并進行低通濾波獲得頻率域圖像信息F(I₁(i,j))，求取F(I₁(i,j))的相位信息Φ(i,j)；

對獲得的波長為λ₂的經被測場景調制的隨機編碼結構光圖像I₂進行不變特征點提取，并通過查表法獲得特征點處的真實相位信息Φ(kp0)；

根據特征點處真實相位信息Φ(kp0)，基于質量值導向法對相位信息Φ(i,j)進行解相位獲得被測場景的真實相位信息Φ_unwarp(i，j)；

根據被測場景的真實相位信息Φ_unwarp(i，j)與其空間三維信息的對應關系，獲得被測場景的三維信息。