[發明專利]一種基于三步相移法和Flood Fill法的三維重建方法及系統

在審

• 申請號: 202011461696.X
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112361993A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 胡曙陽;李啟壯
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種基于三步相移法和Flood Fill法的三維重建系統，其特征在于，包括光柵條紋投影、相機、三步相移法得到包裹相位信息、Flood Fill法進行相位展開、實現物體的三維重建；

所述的光柵條紋投影是對通過三步相移法編碼生成的三幅光柵條紋圖像用投影設備進行投影，三幅光柵條紋圖像相移分別為-2π/3，0，2π/3；

所述的三步相移法得到相位信息是相機拍攝獲得三幅光柵條紋圖像投影到被測物體(1)上的變形條紋圖像通過三步相移法計算得到被測物體(1)的包裹相位；

所述的Flood Fill法進行相位展開是對通過三步相移法計算得到的包裹相位信息進行加減2nπ的運算進行相位展開，得到真實相位信息；

所述的實現被測物體(1)的三維重建是對真實相位信息以及預設的投影設備(2)、相機(3)以及被測物體(1)之間的距離信息計算得到被測物體(1)的三維坐標，實現被測物體(1)的三維重建。

2.采用權利要求1所述的系統進行基于三步相移法和Flood Fill法的三維重建方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

(1)通過三步相移法編碼生成的三幅光柵條紋圖像相移分別為-2π/3，0，2π/3，并將其通過投影設備投射到物體上，生成三幅光柵條紋圖像的表達式如下：

其中x，y為像素坐標，I₁(x，y)、I₂(x，y)、I₃(x，y)分別為對應的三幅光柵條紋圖像亮度，a為生成光柵的平均光強系數，b為生成光柵的光強幅值調制系數，為點(x,y)的編碼的絕對相位信息。

(2)通過相機捕獲到三幅投射到物體上產生變形的條紋圖像，捕獲的三幅圖像的光強表示為：

其中，I₁₁、I₂₁、I₃₁為捕獲的三幅光柵變形條紋圖像的光強，a₁為捕獲光柵的平均光強系數，b₁為捕獲光柵的光強幅值調制系數。

(3)通過捕獲的三幅變形條紋信息計算出物體的包裹相位

為對應某一點(x,y)的包裹相位，為相鄰另一點(x,y)的包裹相位；

(4)通過用Flood Fill法對三步相移法計算出來的包裹相位進行相位展開運算得到物體的真實相位信息：

其中為某一點(x,y)展開相位即某一點(x,y)真實相位信息，為相鄰另一點(x,y)展開相位即相鄰另一點(x,y)真實相位信息，

(5)通過物體的真實相位信息以及預設的投影設備、相機以及被測物體之間的幾何關系計算得到物體的三維坐標，實現物體的三維重建，投影設備、相機以及被測物體之間的幾何關系為：

其中h為被測物體表面某一點(x,y)的距離測試水平底面的高度，L為相機距離測試水平底面的高度；d為相機和投影設備之間的水平距離(兩者連線平行底面)，A為投影設備與被測物體表面某一點(x,y)的連線與底面的交點，C為相機與被測物體表面某一點(x,y)的連線與底面的交點，AC為A與C之間的距離。