[發明專利]基于二值特征模式匹配的解包裹方法

有效

• 申請號: 202110548214.2
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113137939B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 達飛鵬;文浩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/00;G06T7/136
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發明公開了一種基于二值特征模式匹配的解包裹方法。該方法不同于傳統的雙目匹配系統，僅需一個相機和一個投影儀即可獲得被測物體的絕對相位。該方法需要預先獲取標準平面的主值相位、主值相位對應的條紋階次以及經過二值化的特征圖像。在對被測物體進行測量時，首先利用被測物體的主值相位與標準平面的主值相位進行預匹配，然后通過經過被測物體調制的二值特征圖像與標準平面的二值特征圖像進行精準匹配，再對未匹配上的點進行補全處理，即可得到準確的絕對相位。本發明提供的方法不僅能夠針對多個孤立物體的測量條件正確解得條紋階次，而且需要一張額外的圖片來進行解包裹操作，在保證了解包裹魯棒性的同時提升了解包裹的速度。

技術領域

本發明涉及一種基于二值特征模式匹配的解包裹方法，屬于三維測量技術領域。

背景技術

光學三維測量已成為計算機視覺領域的研究熱點。而結構光具有速度快、精度高、測量范圍廣、材料適應性廣等優點，是最常用的光學三維測量技術之一，因此被廣泛應用于制造業、工業檢測、醫學、人機交互等領域。其中，基于相位的三維重建技術由于其高精度的特性得到了廣泛的使用，而要得到被測物體的三維形貌，就需要得到被測物體的主值相位并進行展開。

獲取主值相位的方法有兩種，分別是傅里葉變化輪廓術(FTP)以及相位測量輪廓(PSP)，PSP的基本思想是通過一組有相位差的多幅光柵條紋圖像，并計算這組圖像中每個像素點所對應的相位值，然后根據相位值來獲取被測物體的高度信息，該方法雖然需要投影多幅光柵圖像，但其具有更高的魯棒性，因此得到了廣泛的應用。

在解包裹算法中，主要有基于空間的解包裹算法以及基于時間的解包裹算法，基于空間的解包裹算法能夠獲得更快的解包裹速度，但其需要對于深度突然變化的對象以及多個孤立物體難以準確解得條紋階次，而時間解包裹算法能夠準確解得這類物體的條紋階次，但其也需要更長的測量時間。

在三維重建系統中，其匹配一般在兩個相機或多個相機之間發生。以兩個相機為例，其匹配的過程是其中一個相機采集圖像中的一點，通過算法得到另一相機采集圖像中的匹配點坐標的過程。在匹配算法中，主要有基于圖像灰度的匹配和基于圖像特征的匹配算法。其中，基于圖像灰度的匹配算法主要是通過選取其中一個相機采集圖像中的子窗口區域，并以此區域為模板，然后利用相應的匹配代價函數計算并查找另一相機采集圖像中最為相似的相同大小的子區域。而特征匹配則是通過對相機采集圖像中物體表面的幾何特征進行匹配計算，所以，特征匹配僅能得到一些特征匹配點的信息。本發明提出了一種基于二值特征模式匹配的解包裹方法，通過主值相位進行預匹配并通過二值特征進行匹配，實現了快速準確的絕對相位求解。

發明內容

技術問題：傳統的空間解包裹算法由于無法對孤立物體進行相位展開而受到限制，而時間解包裹算法由于其魯棒性而得到廣泛的使用。但時間解包裹算法一般需要多張圖片來獲取主值相位展開時的條紋階次，這就降低了測量的速度，為了滿足快速測量的需求，且不大幅降低測量的精度，本發明提出了一種基于二值特征模式匹配的解包裹方法。

技術方案：為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于二值特征模式匹配的解包裹方法，包括以下步驟：

步驟1：為了后續更好的匹配，設計一幅二值特征圖像。

步驟2：將三頻法的九張圖片以及設計好的二值特征圖像投影到標準平面上以獲取標準平面的主值相位、主值相位所對應的條紋階次以及二值化的特征圖像。

步驟3：在測量被測物體時投影一組相移圖像以及一幅二值特征圖像到被測物體的表面并采集這些圖像，然后利用解主值相位算法得到被測物體表面的主值相位，并獲取二值化的特征圖像。

步驟4：利用被測物體表面的主值相位信息以及標準平面上的主值相位信息進行預匹配，得到被測物體表面上點所對應的匹配候選點。

步驟5：對于這些候選點利用二值特征圖像的信息使用匹配算法進行匹配，得到最佳匹配點。