[发明专利]一种采用绝对相位测量的光学三维测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学三维传感技术领域，具体涉及一种采用绝对相位测量的光 学三维测量方法。

背景技术

基于结构光照明的光学三维传感技术在工业检测、质量控制、机器视觉、 影视特技和生物医学等领域有广泛的应用。该技术的关键之一是投影平面与摄像 机像面对应点的匹配，通常利用颜色、灰度、光栅相位或利用上述参数编码的符 号或符号序列等实现对应点匹配。

已有的结构光照明三维传感技术，按是否与颜色有关，可分为基于颜色和 基于灰度的编码方案；按用于编码的参数不同，可分为正弦光栅相位编码方案(又 称正弦条纹投影方案)和光强编码方案。

相位编码方案主要有相位测量轮廓术(DMP)和傅立叶变换轮廓术(FTP)等。 相位编码方案中需要获取光栅的绝对相位才能实现对应点匹配，则物体的三维形 貌和空间位置都可以被测量。

目前常见的绝对相位获取方法有：

(1)空间相位展开法。投影单一频率的光栅，由某一相位展开起始点开始， 采用适当的算法进行相位展开；

(2)时间相位展开法。投影两个以上不同频率的光栅，利用这些光栅相位 之间的关系进行相位展开；

(3)利用辅助的编码图案确定光栅条纹级次，展开相位。

第(3)种方法中又有单幅和多幅编码图案之分。采用多幅编码图案可以获 得可靠的测量结果，解码方法简单，但测量时间较长；而采用单幅编码图案可提 高测量速度，但通常解码算法复杂，可靠性相对低。

发明内容

本发明提供了一种采用单幅辅助编码图案的方法，它结合相位编码方案中 截断相位分布特点及编码图案变形特点，使用3值灰度编码，提高解码可靠性， 并且简化了解码算法。即采用正弦光栅或罗奇光栅图案加一幅空间灰度编码图案 的方法实现绝对相位测量，进而计算出物体的三维形貌和空间位置。

本发明的具体技术路线是：

一种采用绝对相位测量的光学三维测量方法，包括以下步骤：

1)、一配备光栅的投影仪向物体投射结构光图案；

2)、一摄像机在另一位置拍摄被物体反射回来的变形图像；

3)、对物体反射回来的变形图像进行解析，获得与摄像机像面上的点对应的投影 平面上点的坐标；

4)、根据几何关系计算出物体测量点坐标进行三维重构，获得物体三维图像；

其特征在于

步骤1)所述的结构光图案包含光栅图案和空间灰度编码图案，

该空间灰度编码图案由以下步骤构建：

A)、空间灰度编码图案由若干与光栅条纹对应的条带构成，条带的宽度与条纹 周期相同；

B、利用条带中沿条带方向的灰度值变化规律确定一组编码符号；

C)、由这组编码符号构建的伪随机序列确定空间灰度编码图案。

所述的伪随机序列构建方法包含以下步骤：

a)、从指定的一组编码符号中随机选取个数等于窗口长度的编码符号，构成初始 序列；

b)、从该组编码符号中随机选取1个符号，添加到已构建的序列后形成新序列；

c)、判断该新序列是否满足以下条件；

大于等于窗口长度的子序列是唯一的，

在任意等于窗口长度的子序列内无重复编码符号，

如符合，则检查整个序列长度是否不小于光栅条纹数，如果满足，构建结 束，否则转b)步，

如不符合，则删除刚添加的编码符号，转b)步。

所述空间灰度编码图案的灰度值包含3级。