[發明專利]一種光柵平動結構光三維測量系統及三維測量方法

有效

• 申請號: 202110534572.8
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113251952B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 呂坤;郭燕瓊;張娜;朱江平;游迪;蔣西;程鵬;杜鵬宇
• 申請（專利權）人: 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
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 馮精恒

本發明涉及光學檢測三維成像領域，特別是一種光柵平動結構光三維測量系統及三維測量方法，即采用一個動光柵照明投影，即是采用一片確定條紋頻率的平動光柵片進行照明投影，測量過程中，通過沿垂直柵格方向平移一定周期并同時投射抓拍調制圖樣即可進行測量，亦可以根據測量需要進行更換不同空間頻率的光柵片元件。本發明的投射結構有別于傳統的光機DMD投射裝置，是一種簡單易控的空間結構光相位調制投射裝置。能夠不依賴于復雜的條紋顯示控制程序，而僅用光柵的精確機械位移就能實現復雜電子系統才能完成的功能，大大的簡化了系統復雜度，從而在保證了測量精度的同時極大的減少了系統的體積與成本。

技術領域

本發明涉及光學檢測三維成像領域，特別是一種光柵平動結構光三維測量 系統及三維測量方法。

背景技術

三維人臉識別由于其無接觸、高識別率、高防偽性能，在公共安全、金融、 交通及其它民用領域具有非常廣闊的應用前景，是建設智能化公共服務平臺、 智慧城市和平安城市的重要核心技術之一。眾所周知，三維人臉識別快速發展 的前提是要有高集成度、高速、高精度的三維人臉采集設備。

現目前主要的結構光投射裝置有面投射的二維編碼方式，隨機散斑方式， 對于正弦結構光主要通過控制振鏡掃描投射或是通過光學投影機數字化調制再 通過復雜的光投射系統實現。通過同步采集投射的結構光經被測目標調制后的 圖像，對圖像進行變換分析，計算測量，三維重建等。

目前現有的高精度三維重建方法主要是基于結構光三維測量輪廓術，主要 是基于主動結構光和三角測量的原理將臉部作為普通的測量對象，并結合2D彩 色紋理圖像的精確映射，可以高精度獲得逼真的3D臉部。其中，被認為最有發 展優勢及市場前景的是條紋投影輪廓術(FPP)，可用于測量動態物體。FPP中 最常用的有兩種方案，一種是傅立葉變換輪廓測量(FTP)，它是一種代表性的 單幀方案，只需要一幀條紋即可完成三維重建，非常適合于高速3D測量。然而， 由于帶通濾波的局限性和參數選擇的謹慎性，FTP方法在對象形狀隨時間變化 的復雜動態場景中實現自動處理時具有較大的挑戰性。另一種是相移輪廓術(PSP)，與FTP相比，PSP以其更高的精度，更大的分辨率，更低的復雜度以 及對環境光的不敏感性而聞名。因此，PSP更適合用于高速高精度三維人臉數據 的采集。

但不論結構光還是雙目立體視覺，在現有的三維人臉采集與識別的系統中， 結構光投射裝置在系統實現和控制方式方面都存在著系統復雜，控制難度高， 造價高不易兼顧實際工程等一系列問題。

現行的三維人臉測量的投射裝置大多數是數字投影儀(DLP)或振鏡。DLP 分辨率高、對比度強，但體積大，不利于小型化(如四川川大智勝軟件股份有限 公司研制的高精度三維全臉照相機)；振鏡雖然體積小，但受輸出功率限制，亮 度低，對比度差，導致測量精度較低(如Inter的RealSense、奧比中光的Astra 系統等)；更重要的是二者的成本均較高，不利于工程化大規模生產。因此研制 一種簡單、易控、低成本及高速投影的空間結構光投射裝置，對重建高速高精 度三維人臉模型具有重要意義。

因此，如今需要在保證測量精度的同時，能減小集成體積、降低成本、實 現高速采集的一種光柵平動結構光三維測量系統及三維測量方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中所存在的沒有小型化、低成本的高精度 三維重建系統，提供一種光柵平動結構光三維測量系統及三維測量方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種光柵平動結構光三維測量系統，包括正弦結構光投射模組、雙目采集 模組以及控制器，

所述雙目采集模組包括兩個IR采集相機以及紋理RGB相機；兩個所述IR 采集相機分別設置在所述系統的兩側，所述紋理RGB相機以及所述正弦結構光 投射模組均設置于兩個所述IR采集相機之間；所述紋理RGB相機用于采集目 標物體的全面彩色信息和高頻細節；