[發明專利]一種基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法

有效

• 申請號: 202011332881.9
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112562007B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 姜宏志;王季源;趙慧潔;李旭東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/30;G06T15/10;G06T17/00
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本發明涉及一種基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法，將基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法應用至雙目立體視覺測量中，可以在保證高精度測量的情況下提高三維形貌數據測量速度。首先，通過事先標定好的投影儀投射雙頻四步相移正弦條紋圖像，采用相機拍攝得到對應的圖像，計算機對所獲圖像進行處理，并對兩種頻率條紋進行外差合成，得到兩種頻率及合成頻率下的包裹相位；利用包裹相位尋找左右相機極線上經相位修正后的等相位點待匹配點，對等相位點待匹配點通過深度范圍約束、雙頻相位約束、合成相位約束、三目約束將誤匹配點篩除，利用三角法對所有真實匹配點重建，實現稠密點云獲取。基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法與傳統外差三頻四步相移技術相比，在保證高精度測量的情況下，測量速度提升百分之三十以上。

技術領域

本發明涉及一種基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法，通過投射雙頻標準四步相移條紋圖像，利用雙頻相位約束、合成相位約束、三目約束、深度范圍約束對相機獲取圖像進行處理。不需相位展開，實現快速匹配，極大的提高了三維重建速度。本發明屬于光學測量領域。

背景技術

投影光柵相位法是一種典型的主動結構光三維形貌測量方法，其使用投影儀投射相移正弦條紋，利用雙目相機拍攝經被成像場景表面調制后的條紋圖，經解相與相位展開，再利用三角測量原理或雙目立體視覺原理，得到被成像場景的三維形貌。該方法可以保證測量效率高，深度方向測量范圍大。在基于條紋投影的三維重建方法中，較為常見，利用三種不同頻率的光柵折疊相位函數，合成頻率不小于1的全場連續相位函數，然后再進行全場連續相位的展開。利用極線約束尋找匹配點，同時利用三角法重建，獲取高精度的單視場三維數據。

但外差三頻四步相移技術測量一個視場至少需要12張條紋圖像，在進行復雜型面測量時，需要測量多個視場，測量時間相對較長。因此本發明采用一種基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法。在保證測量精度的前提下，僅須投射雙頻四步相移條紋，結合外差合成技術，同時利用雙頻相位約束、合成相位約束、三目約束、深度范圍約束篩除誤匹配點，無須進行相位展開，便可實現快速三維重建。

發明內容

本發明提出一種基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法，將基于三目約束的包裹相位非展開快速立體匹配方法應用于基于主動結構光的雙目系統中，與傳統外差三頻四步相位展開技術相比，極大的提高了測量速度，測量速度提高百分之三十以上，同時保證了測量精度。

本發明基于主動結構光的雙目系統，主要由一臺投影儀及兩臺工業相機組成。由于光路的可逆性，投影儀可看作一個相機，投影儀與兩臺工業相機便組成了一個三目系統。事先標定好的投影儀投射出雙頻四步相移正弦條紋，兩臺工業相機對投影儀投射在被成像場景表面的調制圖像進行采集，利用條紋相位之間的關系，可求出空間點在左相機、右相機及投影儀上對應點之間的關系。便可利用此三目約束關系進行兩相機圖像平面等相位匹配點約束。再加上極線約束、雙頻相位約束、深度范圍約束得到有效的等相位匹配點。實現高精度三維重建。

本發明的技術解決方案為：首先利用實現標定好的投影儀向被成像場景投射雙頻四步相移正弦條紋圖像。通過外差合成與解相獲取兩種頻率下及合成頻率下的包裹相位，并進行極線校正。根據左相機圖像平面上像素點的包裹相位，先利用深度范圍約束縮小右相機圖像平面上搜索范圍，再利用極線約束搜索范圍內等相位點，如果等相位亞像素點在條紋周期邊緣，進行相位修正后插值計算；然后利用深度范圍約束、雙頻相位約束、合成相位約束、以及三目約束排除誤匹配點，利用三角法完成重建。具體匹配過程主要包含以下步驟：

(1)先將事先標定好的投影儀和兩個工業相機面向被成像場景放置，投影儀的投射區域應盡量與相機視場重合；

(2)利用投影儀向被成像場景投射雙頻四步相移正弦條紋圖像，并通過兩個工業相機拍攝；

(3)根據拍攝到雙頻四步相移正弦條紋圖像，通過四步相移解相與外差合成獲取兩種頻率下及合成頻率下的包裹相位，并進行極線校正；