[发明专利]一种三维成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于数字成像领域，尤其涉及一种三维成像方法及系统。

背景技术

运动物体三维深度数据实时获取技术在动态建模、三维数字视频序列的获取方面有着重要的意义。实时获取运动物体三维深度数据的方法大致分为基于时空相关性的方法，如条纹边界编码，以及基于空间相关性的单幅编码图方法，如彩色结构光编码方案、自适应结构光方法、彩色相移方案等。基于单幅编码条纹图的方法具有不受物体运动速度限制、一次拍摄就可获得三维数据的优点，其中用相位进行编码的方法更以单次拍摄分辨率高，数据密度大而被广泛关注。使用相位进行编码包含两个关键技术：一是合适的相位解调的方法；二是有效的相位展开方法。相位解调的方法包括傅立叶变换算法、相移算法等。前者仅需一幅条纹图便可解算出相位，但其受噪声影响大，且基于频域滤波鲁棒性不够；后者可求得精确的解析解，噪声抑制能力强，鲁棒性好，但需要三幅或更多的条纹图，不适用于运动物体。相位展开方法可分为时间相位展开和空间相位展开。时间相位展开需要多幅条纹图，不适用于实时3D重建。传统的空间相位展开算法如枝切法、可靠性导向法等等，都是基于物体表面空间相关性的方法，受噪声点影响大，算法复杂且存在误差传递的问题，成像不准确。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种三维成像方法，旨在解决现有三维成像方法算法复杂、准确性低的问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种三维成像系统。

本发明实施例是这样实现的，一种三维成像方法，包括以下步骤：

生成由两幅正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组成的条纹图案；

投射所述条纹图案至成像物体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；

采集所述条纹图像；

将所述条纹图像分解成两幅正弦条纹图像及De Bruign序列条纹图像，利用所述两幅正弦条纹图像，获取与所述成像物体的表面形貌相关的折叠相位，利用所述De Bruign序列条纹图像，获取De Bruign序列，确定所述折叠相位的展开级次，利用所述折叠相位及其展开级次，获取与所述成像物体的表面形貌相关的绝对相位；

利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像坐标以及系统参数，确定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，获取所述成像物体的表面的三维图像。

本发明实施例的另一目的是这样实现的，一种三维成像系统，包括：

图案生成模块，用于生成由两幅正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组成的条纹图案；

图案投射模块，用于投射所述条纹图案至成像物体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；

图像采集模块，用于采集所述条纹图像；

解码模块，用于将所述条纹图像分解成两幅正弦条纹图像及De Bruign序列条纹图像，利用所述两幅正弦条纹图像，获取与所述成像物体的表面形貌相关的折叠相位，利用所述De Bruign序列条纹图像，获取De Bruign序列，确定所述折叠相位的展开级次，利用所述折叠相位及其展开级次，获取与所述成像物体的表面形貌相关的绝对相位；

成像模块，用于利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像坐标以及系统参数，确定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，获取所述成像物体的表面的三维图像。

本发明实施例提供的三维成像方法及系统使用相位作为编码，其单次获取三维数据密度大，分辨率高；易于对所述第一正弦条纹图像和第二正弦条纹图像分量进行解码，过程简单，效率高；展开相位时利用De Bruign序列的性质，避免了复杂的算法且没有误差传递，三维成像及重建更准确。

附图说明

图1是本发明实施例提供的三维成像方法的流程图；

图2是本发明实施例中投射的彩色正弦结构光图案的构成示意图；

图3是本发明实施例提供的三维成像系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的三维成像系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。