[发明专利]一种基于多相机系统实时三维测量的自适应深度约束方法

说明书

本发明公开了一种基于多相机系统实时三维测量的自适应深度约束方法，通过对当前三维重构的深度图进行全局与逐像素邻域的分析，分别获取了自适应全局深度范围与逐像素深度范围图，并将得到的逐像素深度范围图用于下一次三维重构。本发明充分利用了实时三维测量的时空连续性，分析了当前重构深度图的特性用于增强了多视角实时三维测量系统中立体相位展开的稳定性，相比传统立体相位展开，本发明算法更为简洁，操作难度更低。

技术领域

本发明属于三维成像技术领域，特别是一种基于多相机系统实时三维测量的自适应深度约束方法。

背景技术

在三维成像领域，快速获取目标物体的高精度三维数据一直以来都是一个重要的技术难点。早期人们通过机械的三坐标测量机来对目标物体逐点探测以获取三维图像，但是这种逐点接触式的图像获取技术一方面效率极其低下，另一方面对被测物体有所损坏，这些缺点使得该技术在诸如人体检测、文物保护等领域难以得到应用。相比于传统的机械三维图像获取技术，光学三维图像获取技术由于其非接触，高效率的优点在科学研究、工业检测等领域得到了广泛应用。近些年来由于数字投影设备的发展，光学三维成像方法中能够实现全场成像的条纹投影技术更是成为了研究热点(S.S.Gorthi and P.Rastogi,“Fringe projection techniques: whither we are？”OpticsLasers in Engineering,48,133–140(2010).)。目前条纹投影领域中主流的两种技术分别是傅里叶轮廓术(M.Takeda and K.Mutoh,“Fourier transform profilometry for the automaticmeasurement of 3-d object shapes,”Applied optics 22,3977-3982(1983).)与相移轮廓术(V.Srinivasan,H.-C.Liu,and M. Halioua,“Automated phase-measuringprofilometry of 3-d diffuse objects,”Applied optics 23,3105-3108(1984).)。

目前两种方法都有应用于实时测量的报告，无论对于何种方法而言，都可以通过以下两个途径提升其测量动态场景能力：一是提升图像投影与采集速度；二是提升单次三维重构效率。其中第二个途径主要是针对目前主流的时域相位展开中过多的光栅条纹会极大的影响相位获取的效率从而影响三维图像获取的速度 (效率)的问题(基于双频三灰阶正弦光栅条纹投影的时间相位去包裹方法: ZL201410027275.4)，这会降低实时的测量效率从而降低其测量运动物体的能力。

为了能保证高效率的相位展开(或对应点匹配)并且不损失条纹对比度，基于多相机系统的极线约束被引入了到了相位展开中，从而实现了最高效率(仅利用三幅相移图像)的相移轮廓术，该方法被称之为立体相位展开(匹配)。相比于传统相位展开算法，立体相位展开在保证最高测量效率的同时能展开被复杂型面调制的包裹相位。但是单纯地使用立体相位展开，其稳定性难以得到保证，因此其需要辅助的算法增强其稳定性。然而目前已有的一些辅助算法较为复杂或者限制条件较多，难以用于实时测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多相机系统实时三维测量的自适应深度约束方法，增强了多视角实时三维测量系统中立体相位展开的稳定性，实现过程更为简洁并能够实时三维测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于多相机系统实时三维测量的自适应深度约束方法，首先通过多相机系统中的投影仪循环投影三幅条纹图像到被测物体上，经过被测物体调制后的条纹图像被多相机系统中的每一个相机同步拍摄获取并传输到计算机中，计算机对每一个相机获取的三幅条纹图利用相移法进行包裹相位提取，得到了各个相机对应的包裹相位图；其中，多相机系统包含n 个相机，n≥2；