[发明专利]一种基于彩色条纹投影的三维面型一步重构方法

说明书

本发明涉及一种基于彩色条纹投影的三维面型一步重构方法，通过计算机生成彩色正弦条纹图像，传输到投影仪投射到被测物表面，与投影仪互成一定角度的彩色工业相机进行采集带条纹图的被测物图像；然后对采集到的被测物图像利用相移法解算出相位图；再进行前景背景分割，得到部分背景信息，对其进行函数拟合，恢复出完整的背景相位图；最后通过前景与背景的相位差映射深度信息。与传统相移法相比，本发明无需单独采集若干张背景图像，而是利用函数拟合一步完成重构，减少了采集被测物图像数量的同时，直接跳过单独采集背景图像的步骤，实现灵活快速的三维面型重构。

技术领域

本发明属于光学检测技术，涉及非接触式三维面型重构与测量技术领域，具体涉及一种基于彩色条纹投影的三维面型一步重构方法。

背景技术

立体视觉的发展越来越火热，对物体三维面貌的重构应用广泛，例如三维人脸识别，工件三维尺寸测量，医学影像中三维面型的观察等等。

目前三维重构技术中主要分为被动式和主动式两种。

其中，被动式三维重构为双目视觉技术，利用模拟人双眼来感知物体的深度，此方案对于表面缺少纹理的物体重构效果不够理想。主动式重构技术主要有结构光投影的方案。其中正弦条纹结构光方法利用相位与高度映射的方法可以达到比较高的重构精度，但是其缺点在于利用相移法需要最少拍摄6幅图像，而且必须要分开两步拍摄背景和前景，此操作大大影响重构效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于彩色条纹投影的三维面型一步重构方法，通过拟合背景相位数据，在结构光投影三维重构中可以实现仅投射两次结构光图像便可快速完成重构的过程，并且此过程不需要单独采集背景图像的繁琐步骤。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种基于彩色条纹投影的三维面型一步重构方法，包括以下步骤：

S1：搭建结构光投影三维重建系统；

S2：分别测量RGB工业相机光心与接收平面间的距离L，RGB工业相机光心与投影仪光心之间的距离D；

S3：投射结构光采集被测物图像I_obj1和I_obj2；

S4：对采集到的图像进行处理，完成三维面型重构。

进一步地，所述步骤S1搭建的结构光投影三维重建系统包括投影仪、RGB工业相机、计算机、光学平板以及接收平面；系统搭建时，将投影仪和相机分别固定在光学平板上，且二者光心轴线成一定角度，二者光心连线与接收平面保持平行。

进一步地，所述步骤S3投射结构光采集被测物图像I_obj1和I_obj2的具体过程如下：

由计算机生成四幅具有相同相位差的正弦条纹图案，利用彩色图像拥有RGB三通道的优势，把该四幅正弦条纹图分为两组输入到两幅彩色图像的R和B通道；得到两幅彩色条纹结构光图案后，采用投影仪依次投射该两幅彩色条纹结构光图案到被测物表面，并采用RGB工业相机依次采集带条纹结构光的图像I_obj1和I_obj2。

进一步地，所述步骤S4对采集到的图像进行处理的具体步骤如下：

S4-1：利用四步相移法得到被测物包裹相位图，并解包裹得到被测物连续相位图unwrap_obj；

S4-2：在原始被测物图像I_obj1或I_obj2中，提取被测物ROI区域并分割出其最小外接矩形区域，并将此区域数据剔除，使得被测物连续相位图unwrap_obj中的被测物最小外接矩形区域内的数据全部为空，留下剩余背景相位信息，此时得到背景残缺相位图unwrap_subori；

S4-3：从中间将背景残缺相位图unwrap_subori分割为两部分，再对左右两部分分别按每N行分割为若干子区域；