[發明專利]一種高精度三維重建方法、系統、計算機設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202110292282.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112967342B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉曉利;繆裕培;楊洋;湯其劍;彭翔
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80;G06T17/00
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 于建

本發明公開了一種高精度三維重建方法、系統、計算機設備及存儲介質，其中，該方法包括：對成像裝置進行位置標定；計算每個平面標靶的正交絕對相位分布圖；建立成像裝置坐標系，在歸一化平面上擬合出對應的極線；計算極線的點與成像裝置的光心組成的射線與對應平面標靶的交點，擬合出投影光線并建立投影映射系數表；向被測物體投射圖案，成像裝置采集被測物體的目標圖像，計算并查找目標圖像中各絕對相位對應的投影映射系數，利用投影映射系數計算得到對應的空間三維點坐標。本發明預先建立投影映射系數表，獲取被測物體的目標圖像中各絕對相位對應的投影映射系數，根據投影映射系數計算出被測物體空間三維點坐標，整個計算過程更加嚴謹精確。

技術領域

本發明涉及三維成像技術領域，尤其涉及一種高精度三維重建方法、系統、計算機設備及存儲介質。

背景技術

單目結構光三維成像系統是一種非接觸式、全場測量的光學三維數字成像系統。單目結構光測量系統是利用投影裝置投影一組正弦光柵或準正弦光柵到物體表面，采用成像裝置采集經物體表面面形調制后的條紋圖，結合相移技術計算每一測量點的空間相位值，之后利用相位信息在成像裝置和投影裝置的像面上找到對應點，根據三角測量法計算得到物體表面的三維信息。單目結構光成像系統由于其高成像密度、高成像速度、高測量精度和高測量普適性而得到廣泛應用。對系統的成像裝置和投影裝置進行標定是三維成像和測量技術的關鍵步驟，其中對成像裝置標定的方法已較為成熟且精度較高，而對投影裝置的標定現有技術提出了一些標定方法，比較典型的有：1、基于虛擬標志點的投影標定方法；2、基于相移技術的投影標定方法。第1種方法是通過計算投影裝置投射的投射標定圖案計算出世界坐標系Z＝0平面和投影裝置“成像平面”之間的關系，第2種方法是通過讓投影裝置投射標定圖案來建立世界坐標系下Z＝0平面和投影裝置“成像平面”之間的關系。

現有技術提出的投影標定方法都是將投影裝置視為逆成像裝置，并且通常使用的投影裝置為DLP(Digital Light Processing，即為數字光處理)或LCD(Liquid CrystalDisplay，即為液晶顯示器)，這也導致了傳統的三維測量系統較龐大，結構不緊湊，在許多應用場合下方便性較差。隨著MEMS(Micro Electro-Mechanical System，即微機電系統)技術的發展，其憑借著系統結構緊湊、體積小和成本低等諸多優點在三維測量領域中廣泛應用。然而，目前基于MEMS投影裝置的三維測量系統在對投影裝置進行標定時，由于依舊采用傳統的標定算法進行標定，導致三維重建的精度降低，嚴重影響了三維重建的準確度。

發明內容

本發明實施例提供了一種高精度三維重建方法、系統、計算機設備及存儲介質，旨在解決現有技術中基于MEMS投影裝置的三維測量系統的三維重建精度不足的問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種基于投影光線標定的高精度三維重建方法，包括以下步驟：

對成像裝置進行位置標定；

利用投影裝置向處于不同位置時的平面標靶投射圖案，并通過所述成像裝置采集每個所述平面標靶的標靶圖像，計算得到每個所述平面標靶的正交絕對相位分布圖；

以所述成像裝置的光心為原點建立成像裝置坐標系，以指定位置的平面標靶的絕對相位為標準相位，在每個所述正交絕對相位分布圖上查找與所述標準相位相同的第一亞像素點，并將各所述第一亞像素點轉換為歸一化平面上的點，并在所述歸一化平面上擬合出對應的極線；

計算所述歸一化平面上每一極線的所有點與所述成像裝置的光心所組成的射線與對應所述平面標靶的交點，并利用所述交點擬合出對應的投影光線；

根據所述投影光線與所述歸一化平面上各點的位置關系建立投影映射系數表；

利用投影裝置向被測物體投射圖案，并通過所述成像裝置采集所述被測物體的目標圖像，計算所述目標圖像的正交絕對相位分布圖，在所述投影映射系數表中查找所述目標圖像的正交絕對相位分布圖中各絕對相位對應的投影映射系數，利用所述投影映射系數計算得到對應的空間三維點坐標。