[发明专利]基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建方法

说明书

本发明提供了一种基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建方法，本发明基于散焦三角二值模板、改进的三步相移算法、多频外差和两步匹配法。利用这些方法的优点，可以实现高精度的三维形状测量。实验表明，该方法比以前的方法更精确、有效。

技术领域

本发明涉及一种基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建方法。

背景技术

使用DLP投射装置的光学非接触式三维测量在过去几年中发展迅速。与其他三维形状测量方法相比，多频外差相移法是应用最广泛的技术之一，具有测量精度高、测量速度快等优点。然而，由于非线性伽马的影响，用商用投影仪很难产生理想的正弦条纹图案。针对非正弦光栅的误差，提出了几种补偿算法，如伽玛校正法和误差查找表法。所有这些方法都称为聚焦正弦模板(FSP)，预先利用平板来获得相关系数或相位误差，这既费时又不准确。最近，提出了一种离焦二值模式(DBP)生成正弦光栅的方法，该方法对投影仪的非线性伽马不敏感。然而，高阶谐波，如第三谐波，在条纹密集的情况下，对正弦曲线有着内在的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建方法，包括：

引入散焦三角二值模式，在不进行伽玛校正的情况下获得正弦条纹图像；

基于所述正弦条纹图像，采用改进的包含平均强度图像的三步移相算法得到包裹相位和目标掩模；

采用多频法得到展开相位；

采用两步匹配方法得到相应的匹配点。

进一步的，在上述方法中，引入散焦三角二值模式，在不进行伽玛校正的情况下获得正弦条纹，包括：

将尺寸为7像素、标准偏差为1.2像素的二维高斯滤波器应用于三角形二值模式，在不进行伽玛校正的情况下获得正弦条纹。

进一步的，在上述方法中，基于所述正弦条纹图像，采用改进的包含平均强度图像的三步移相算法得到包裹相位和目标掩模，包括：

为了获得目标掩模，引入平均强度图像，条纹图像的强度改写为：

I₁＝I'(x,y)+I”(x,y)sin(φ(x,y))

I₂＝I'(x,y)+I”(x,y)cos(φ(x,y))(4)

I₃＝I'(x,y)

其中，I'(x,y)表示环境光的强度，I”(x,y)表示调制强度，φ(x,y)是包裹相位；

根据公式(4)，φ(x,y)表示为：

相位值的范围为[-π,π]，通过相位展开算法消除不连续，强度I₃用于获取标记三维构造区域的对象遮罩，对强度的图像进行分割，得到二值图像，作为目标掩模。

进一步的，在上述方法中，采用多频法得到展开相位，包括：

使用频率为70和64的相位得到频率为6的相位；

使用频率为64和59的相位可以得到频率5的相位；使用频率为6和5的相位可以得到频率为1的连续相位；

利用频率1的相位，得到频率64的展开相位。

进一步的，在上述方法中，采用两步匹配方法得到相应的匹配点，包括：

对于观察到的左图像中的左侧点，计算出右图像中对应的匹配点即右侧点；