[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

说明书

本发明属于视觉重建技术领域，公开了一种结构光三维测量算法的嵌入式实现系统及方法，其系统包含多个并列的不同频率的相位计算模块，以及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；上述的各不同频率的相位计算模块，以及相位展开模块、相位矫正模块、相位匹配模块与三维重建模块基于FPGA实现；其方法基于其嵌入式实现系统，实现了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；该嵌入式实现系统所有的模块基于全流水线与前端并行的原则，实现了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；并具有低功耗、易于在产线中集成的特点。

技术领域

本发明属于视觉重建技术领域，更具体地，涉及一种结构光三维测量算法的嵌入式实现系统及方法。

背景技术

面结构光三维测量技术因其高稳定性、高精度及非接触测量的优点，被广泛应用于工业检测、逆向设计及生物医学等众多领域。结构光三维测量的大数据浮点计算一直是制约其测量效率的瓶颈。由于多频相移光栅三维测量算法固有的复杂性，在不牺牲算法精度与稳定性的前提下，其时间复杂程度难以大幅度降低。

为了解决这个问题，许多研究人员尝试使用GPU来对相位移三维测量算法进行并行加速。然而GPU平台很难满足在工业应用中对计算资源、工业集成、系统功耗、在线测量和计算实时性方面的要求，因此需要一种嵌入式程度高的结构光三维测量算法实现，实现高集成度与实时计算的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种结构光三维测量算法的嵌入式实现系统及方法，其目的在于提高光学测量效率且解决现有光学测量方法难于集成至工业现场的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种结构光三维测量算法的嵌入式实现系统，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；

其中，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；

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；

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；

位匹配模块用于利用上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。

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；并用于利用相位计算模块获得的信噪比值进行有效性判决，若像素的信噪比值低于阈值，则不输出该像素的三维点坐标。

优选的，上述的嵌入式实现系统，其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；

其中，矫正地址缓存器用于缓存矫正位置矩阵；

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；

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。

优选的，上述的嵌入式实现系统，其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。

优选的，上述的嵌入式实现系统，上述的矫正位置矩阵以查找表形式存储。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种结构光三维测量算法的嵌入式实现方法，具体包括如下步骤：