[发明专利]一种结构光三维测量算法的嵌入式实现系统及方法

权利要求书

1.一种结构光三维测量算法的嵌入式实现系统，其特征在于，包含多个并列的不同频率的相位计算模块、相位展开模块、相位矫正模块、相位匹配模块与三维重建模块；所述的多个并列的不同频率的相位计算模块、相位展开模块、相位矫正模块、相位匹配模块与三维重建模块基于FPGA实现；

所述相位计算模块用于计算获得CCD相机采集到的图像中每个像素的相位初值与信噪比；

所述相位展开模块用于对相位计算的结果进行相位展开，获取在水平上具有唯一性的绝对相位值；

所述相位矫正模块用于根据标定的畸变参数对相位展开模块获得的绝对相位值进行像素坐标变换，输出矫正完毕的相位值；

所述位匹配模块用于利用所述的绝对相位值来查找双目图像的对应点；将矫正后的双目绝对相位值进行相同行的二分法查找，找到对应最接近的位置；并利用线性差值得到其对应的亚像素位置，输出每组对应点的位置；

所述三维重建模块用于利用每组对应点的位置关系，采用三角测量算法得到每个点的三维坐标；并用于利用所述的信噪比值进行有效性判决，找出信噪比值低于阈值的像素并在输出时对该像素的三维点坐标不予输出；

其多个并列的不同频率的相位计算模块以及与相位计算模块依次连接的相位展开模块、相位矫正模块、相位匹配模块与三维重建模块所构成的架构中，所有的模块基于全流水线与前端并行的原则，实现多个不同频率的相位计算、相位展开、相位矫正、相位匹配与三维重建完整的算法流程；使得每个像素点三维数据按照系统时钟依次输出、且尽可能短的初始流水延迟以获得三维点云的实时输出。

2.如权利要求1所述的嵌入式实现系统，其特征在于，所述相位矫正模块包括依次连接的矫正地址缓存器、相对地址计算器和相位值缓存随机存储器；

所述矫正地址缓存器用于缓存矫正位置矩阵；

所述相位值缓存随机存储器用于存储当前及邻近位置的绝对相位值；

所述相对地址计算器用于将绝对地址换算为相位值缓存随机存储器中的相对地址，将相对地址输入读端口，读取矫正后的绝对相位值并输出。

3.如权利要求1或2所述的嵌入式实现系统，其特征在于，所述矫正地址缓存器采用只读存储器，其相位值缓存随机存储器采用双端读写的随机存储器。

4.如权利要求2所述的嵌入式实现系统，其特征在于，所述矫正位置矩阵以查找表形式存储。

5.一种基于权利要求1～4任一项所述的嵌入式实现系统的结构光三维测量算法的嵌入式实现方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)采用CORDIC算法计算CCD相机采集到的图像中每个像素的相位初值φ(x,y)与信噪比γ；

(2)采用多频外插的方法对获得的相位初值进行相位展开，获取在水平上具有唯一性的绝对相位值；

(3)根据标定的畸变参数对所述绝对相位值进行像素坐标变换，获得矫正的相位值；

(4)将矫正后的相位值进行相同行的二分法查找，找到对应最接近的位置；利用线性差值得到其对应的亚像素位置，输出每组对应点的位置；

(5)利用每组对应点的位置关系，采用三角测量算法得到每个点的三维坐标；并利用所述信噪比值进行有效性判决，对信噪比低于阈值的像素的三维点坐标则不予输出。

6.如权利要求5所述的嵌入式实现方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下子步骤：

(3.1)进行系统畸变参数及内部参数和外部参数标定，并生成每个位置的矫正位置矩阵，该矩阵中存储着每个像素矫正位置的坐标；将所述矫正位置矩阵以查找表的形式存储到矫正地址缓存中；

(3.2)在写入当前位置的绝对相位值的同时，根据当前地址从矫正地址缓存中读取其对应的矫正地址；

(3.3)将所述矫正地址转换为相对地址；

(3.4)根据所述相对地址读取矫正后的绝对相位值。

7.如权利要求5或6所述的嵌入式实现方法，其特征在于，所述步骤(5)采用三角测量算法得到的每个点的三维坐标如下：

其中，与为左右相机的主点纵坐标，f为归一化焦距，T为两相机的基线距离；d是指两个图像中的视差。