[发明专利]隐性结构光三维成像方法

说明书

一种隐性结构光三维成像方法，基本思想在于发射两个正交偏振且具有空间线性相位差的光束，回波以一定的视差由接收望远镜、偏振自差干涉接收机、接收相机进行自差探测。本发明利用隐性干涉条纹发射，经三维目标的调制后，进行偏振自差干涉接收探测，具有抑制背景光干扰，自动消除大气、运动平台的影响，结构简单，条纹周期调节方便，特别适用于远场动态目标的高精度三维成像。

技术领域

本发明涉及结构光的三维成像，特别是一种隐性的结构光三维成像方法，通过发射偏振正交光束的隐性干涉条纹，经三维目标的调制后，由接收望远镜、偏振自差干涉接收机和相机进行自差探测，具有抑制背景光干扰，自动消除大气、运动平台的影响，结构简单，条纹周期调节方便，特别适用于远场动态目标的高精度三维成像。

背景技术

结构光三维成像技术是一种利用辅助的结构光照明获取物体三维像的技术，它采用的技术方案是投影一个载频条纹到被成像的物体表面，利用成像设备从另一个角度记录受成像物体高度调制的变形条纹图像，再从获取的变形条纹图中数字解调重建出被测物体的三维数字像。基于结构光的三维面形测量技术具有非接触、测量速度快、精度高和易于在计算机控制下实行自动化测量等优点，已被深入研究并被广泛用于机器视觉、自动化控制加工、工业自动检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学、三维动画和影视特技制作等领域。最早的结构光三维测量方法是叠栅轮廓术(MT)[1]，随后傅里叶变换轮廓术(FTP)[2-3]、相位测量轮廓术(PMP)[4]等结构光三维面形测量方法逐步被提出。

采用光栅投影法测量时存在刻制光栅复杂、其刻好的光栅频率周期固定，频率变化的灵活性受限；傅里叶变换轮廓术只需要一幅干涉条纹图，处理精度较低，同时需要很大的计算量，处理速度慢，且容易产生频谱泄漏，对于较大梯度的复杂测量对象会使频谱混跌；相位测量轮廓术具有较高的精度，但一般在发射端的干涉条纹进行相位改变，采用时间相位变化的处理方法，不利于对动态的三维物体进行实时测量，受环境影响严重等。同时，上述方法一般采用成像系统对干涉条纹投影到目标处，其作用距离有限、干涉条纹周期随距离增大而增大，控制的灵活性受限，不利于远距离应用。

下面是现有技术参考文献

[1]Meadows D.M.,Johnson W.O.,Allen J.B..Generation of surfacecontours by moiré patterns[J].Appl Opt.,1970,9(4):942-949.

[2]Takea M.，Mutoh K..Fourier transform profilometry for the automaticmeasurement of 3-D object shapes[J].Appl Opt.,1983,22(24):3977-3982.

[3]Su X.Y.，W Chen W.J.Fourier transform profilometry:a review[J].Opt&Lasers in Eng,2001,35(5):263-284.

[4]Srinivasan V，Liu H.C，Halioua M..Automated phase-measuringprofilometry of 3-D diffuse objects[J].Appl Opt.,1984,23(18):3105-3108.

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的困难，提出了一种隐性结构光的三维成像方法，利用偏振正交光束发射，在远场产生隐性干涉条纹，经三维目标的调制后，由接收望远镜、偏振自差干涉接收机和相机进行平衡探测，具有抑制背景光干扰，自动消除大气、运动平台的影响，结构简单，条纹周期调节方便，测量精度高等优点，特别适用于远场动态目标的高精度三维成像。

本发明的技术解决方案如下：