[發明專利]調制三維編碼于周期邊緣的三維測量方法及系統

有效

• 申請號: 202111567230.2
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114252026B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 高健;鄭卓鋆;張攬宇;鄧海祥;陳云;陳新
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 劉羽波;陳嘉琦

本發明公開了一種調制三維編碼于周期邊緣的三維測量方法及系統，所述方法包括：步驟A：根據相位級次總數和三維編碼的組成規則，將級次總數轉化為三維編碼，將三維編碼調制于周期邊緣；步驟B：根據N步相移法生成N幅調制三維編碼于周期邊緣的條紋圖案；步驟C：投影生成N幅條紋圖案到待測物體表面，采集待測物體表面變形的N幅條紋圖案；步驟D：根據N步相移法對N幅條紋圖案求解包裹相位和均值強度；步驟E：根據均值強度與鄰域不同的特征，對均值強度提取所有的邊緣坐標；步驟F：利用左右邊緣的三維編碼，確定包裹相位的每個像素的條紋級次，逐像素解包裹得到絕對相位；步驟G：根據三角測距重建三維點云，建成待測物體的三維模型。

技術領域

本發明涉及光學三維測量技術領域，尤其涉及一種調制三維編碼于周期邊緣的三維測量方法及系統。

背景技術

結構光測量技術具有非接觸、全場無損耗測量、高精度、速度快等優點,已在工業檢測、機器視覺、文物數字化、醫學等領域得到大量運用。在現有的結構光測量系統中，由一個相機和一個投影儀組成的結構光三維測量系統，因具有結構簡單、點云重建效率高等優點而被廣泛使用。典型的單相機結構光三維測量系統在測量過程中由投影裝置把條紋圖案投影到被測物體表面,同時使用相機拍攝經被測物體高度調制而發生變形的條紋圖案,然后通過對變形的條紋圖像進行處理,計算出代表物體高度的相位信息,最后根據相位信息和已標定出的系統參數，利用三角原理獲得被測物體的三維信息。

結構光的三維測量主要分為兩個步驟，即包裹相位的求解和絕對相位的求解。根據絕對相位求解原理的不同，求解絕對相位的方法又可分為時間相位展開方法、空間相位展開方法、立體相位展開方法。空間相位展開方法所需的投影圖案幅數少，可用于動態場景測量，但是解相的精度相對較低；立體相位展開方法雖然能夠解決空間相位展開解相精度低的問題，但是需要增加額外的相機設備輔助解包裹。時間相位展開方法因為其精度高、魯棒性強、適應性廣、設備簡單等優點被廣泛應用，但是傳統的時間相位展開方法如多頻外差法、相位編碼法、格雷碼編碼法等都需要投影大量的條紋圖案，增加了解包裹的時間，對待測物體的運動敏感。因此，為了實現高速高精度的三維測量，減少用于相位解包裹需要的投影數量一直是條紋相移輪廓術的研究重點。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術中的缺陷，提出一種調制三維編碼于周期邊緣的三維測量方法及系統，通過周期邊緣坐標的提取和左右邊緣三維編碼的解算確定各個像素的條紋級次，逐像素求解絕對相位，實現少量圖案完成三維測量。該方法投影的條紋圖案幅數少，是常規N步相移法結合三頻外差法解包裹相位投影幅數的三分之一，是相移編碼法投影幅數的一半，具有解相速度快、點云重建效率高的優勢。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種調制三維編碼于周期邊緣的三維測量方法，包括如下步驟：

步驟A：根據相位的級次總數和三維編碼的組成規則，將級次總數轉化為三維編碼，將三維編碼調制于周期邊緣；

步驟B：根據N步相移法生成N幅調制三維編碼于周期邊緣的正弦條紋圖案；

步驟C：投影生成N幅條紋圖案到待測物體表面，采集待測物體表面變形的N幅條紋圖案；

步驟D：根據N步相移法對所采集的N幅條紋圖案求解包裹相位和均值強度；

步驟E：根據周期邊緣的均值強度與鄰域不同的特征，對均值強度使用邊緣提取法提取所有的邊緣坐標；

步驟F：利用左右邊緣的三維編碼，確定包裹相位的每個像素的條紋級次，逐像素解包裹得到絕對相位；

步驟G：根據三角測距重建三維點云，建成待測物體的三維模型。

優選的，在所述步驟A中，包括：

所投影的N幅條紋圖案中，每個周期邊緣的像素對應有N個值，每個值為0或255，從N個值中確定離群值,；