[發明專利]一種非數字光機正弦條紋結構光高精度三維測量裝置

有效

• 申請號: 202011533705.1
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112762859B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 游志勝;朱江平;程鵬;周佩;張自力
• 申請（專利權）人: 四川大學;四川川大智勝軟件股份有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06V40/16;G06T17/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 韓洋

本發明涉及光學三維成像領域，特別涉及非數字光機正弦條紋結構光高精度三維測量裝置。結構光場投影裝置包括N個結構光投射模組、合光棱鏡和投影鏡組，結構光投射模組按照預定時序依次開啟，生成N個正弦條紋結構光場；合光棱鏡用于將N個正弦條紋結構光場進行光路轉換輸出到投影鏡組；投影鏡組用于將N個正弦條紋結構光場投射到同一待測目標；其中，N個正弦條紋結構光場投射到同一待測目標時，具有相同的成像位置，并且時序上相鄰的正弦條紋結構光場之間存在2π/N的空間相位間隔。采用本發明的結構光場投影裝置和三維成像系統，可高速高精度獲取人臉目標的三維數據。

技術領域

本發明涉及光學三維成像領域，特別涉及一種非數字光機正弦條紋結構光高精度三維測量裝置。

背景技術

三維人臉識別技術快速走向應用的前提是大規模三維人臉數據的建庫，基于三角測量原理的光學三維測量技術具有全場非接觸、精度高、速度快等顯著優點，被認為是獲取高速高精度三維人臉數據推崇的技術之一。采用光學三維測量的方法獲取三維人臉數據的原理為：投影結構光光場至待測人臉表面，并采用單目或雙目相機來拍攝受到待測人臉表面調制的變形圖像序列，根據圖像序列提取相位信息，從而獲取三維人臉數據并重建三維模型。其中，投影結構光采用結構光編碼的目的在于豐富或增加被測弱紋理人臉表面的特征，從而提高三維重建結果的準確性、可靠性以及建模的完整性。

其中，基于正弦條紋投影的三維測量技術可以獲得優異的建模效果，但是正弦條紋序列要求精確相移，通常采用DLP(Digital Light Processing)、LCOS(Liquid Crystalon Silicon)等商業數字投影設備，其投影幀率低、體積大、成本高，在需要平衡精度、測量速度、集成度以及成本等因素的三維人臉識別應用中受到限制。目前，還未見報道能夠滿足人臉三維數據獲取的成本低廉的高速高精度結構光三維成像系統。

發明內容

本發明的目的在于，綜合考慮精度、測量速度、集成度以及成本等因素，基于照明光源和結構光模板，構建了新的結構光場投影裝置，并提出了基于該結構光場投影裝置的三維成像系統，即提出了一種非數字光機正弦條紋結構光高精度三維測量裝置，在實際應用環境中，可高速高精度獲取人臉目標的三維數據。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案包括以下各方面。

一種非數字光機正弦條紋結構光高精度三維測量裝置，包括N個結構光投射模組、合光棱鏡和投影鏡組，

N個結構光投射模組按照預定時序依次開啟，生成N個正弦條紋結構光場；

合光棱鏡用于將N個正弦條紋結構光場進行光路轉換，輸出N個正弦條紋結構光場到投影鏡組；

投影鏡組用于將N個正弦條紋結構光場投射到同一待測目標；

其中，N個正弦條紋結構光場投射到同一待測目標時，具有相同的成像位置，并且時序上相鄰的正弦條紋結構光場之間存在2π/N的空間相位間隔。

作為本發明的優選方案，結構光投射模組包括照明光源、復合透鏡陣列、結構光模板和濾光片；

照明光源用于提供不同波長的光源；

復合透鏡陣列用于將光源形成均勻的發光面；

結構光模板上有條紋狀結構光模板圖案，當均勻的發光面投射到結構光模板上時，通過結構光模板圖案形成正弦條紋結構光場；

濾光片用于從正弦條紋結構光場中選取出所需輻射波段并輸出到合光棱鏡。

作為本發明的優選方案，結構光模板上還設置有對準標記，對準標記用于調整正弦條紋結構光場的投射位置，并且對準標記用于調整正弦結構光模板的幾何位置，使得時序上相鄰的結構光模板的條紋狀結構光模板圖案之間存在2π/N的空間相位間隔。