[发明专利]双目立体视觉三维测量方法及系统、服务器及存储介质

说明书

本发明公开了一种双目立体视觉三维测量方法及系统、服务器及存储介质，其通过投影3种特定频率竖直正弦条纹至物体表面，采用相位测量轮廓术进行条纹分析后，再利用三频率相位展开技术获取绝对相位，通过绝对相位引导双目立体匹配，获得精确的三维测量结果。通过投影结构光的方式，为待测物体增加主动特征，解决被动式立体视觉方法匹配速度慢，在低纹理区域匹配精度低的问题。此外，通过基于频率选择的三频率相位展开技术对变形条纹图像进行相位展开，具有较强的抗噪声性能，能够非常准确的确定变形条纹的绝对相位。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种双目立体视觉三维测量方法及系统、服务器及存储介质。

背景技术

三维测量是指通过一定的方法和设备仪器获取物体的三维形貌特征的技术。高精度的三维测量技术被广泛应用于精密工业元器件的测量加工，医学图像重建，航空测绘，模型器具的逆向重建等领域。随着人工智能浪潮兴起的新兴技术领域如无人驾驶、智能机器人、智慧城市等同样需要三维测量技术的参与。双目立体视觉方法和结构光三维测量方法是目前应用最为广泛的两种三维测量技术。双目立体视觉方法是基于人眼视物原理的被动式三维测量技术，在不引入主动光源的情况下，根据图像的颜色、梯度、灰度等特征信息匹配不同相机拍摄图像的对应点，再根据视差原理恢复物体三维信息。这一方法操作简单，适用范围广，但对于低纹理区域寻找匹配点困难，匹配精度低，测量结果较差且处理速度较慢。结构光三维测量技术是通过向待测场景投影编码模板图像，根据调制变形后的编码模板恢复场景三维数据的主动式立体视觉方法。结构光三维测量技术的主要问题是，结构光三维测量方法需要将待测物体限定在固定的参考平面，且对反射光较为敏感。立体视觉方法和结构光三维测量方法各有优劣，且在很多情况下二者优缺点刚好互补，故而近年来很多专家学者都在研究如何能够将二者进行合理地结合从而实现实时高精度、高鲁棒性的三维测量方法

目前国内外基于结构光的双目立体视觉三维测量技术主要有以下几种形式。一类是利用投影结构光边缘特征引导双目立体匹配的算法，如投影网格、二元条纹、彩色条纹等结构光信号的立体视觉算法，这一类方法无法充分利用网格和条纹内的特征信息，无法获得较高的测量精度。另一类是基于正弦投影条纹信号的结构光立体视觉方法，正弦条纹信号的光强呈正弦规律变化，通过条纹分析技术获取相对相位信息，再采用相位展开技术获得绝对相位后，能够获取精确到单位像素的相位特征，实现高精度立体匹配，因而在结构光立体视觉领域应用广泛。

在结构光立体视觉的工业应用中，现有的方法在实时性和测量精度上仍然有所欠缺，很多结构光立体视觉系统需要通过在待测物体表面贴上物理标签的方式作为引导的方式，提高测量精度和减少匹配时间，这在实际应用中常常造成不便或限制系统的使用范围。因此探索更高精度高可靠性的实时结构光立体视觉三维测量方案很有必要。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双目立体视觉三维测量方法及系统、服务器及存储介质，其具有实时性强、精确度高、抗噪声性能强等优点，能够解决现有技术在实时性和测量精度较差，使用范围受限等问题。

本发明实施例的第一方面，提供了一种双目立体视觉三维测量方法，所述双目立体视觉三维测量方法包括如下步骤：

分别投影三个特定频率竖直正弦条纹至待测物体表面，且每个频率投影三帧相移图像，通过左右相机拍摄投影至待测物体表面发生形变的条纹图像；

通过相位测量轮廓术对三频率条纹图像进行条纹分析，获取点的包裹相位，生成三频率包裹相位图；

通过三频率相位展开技术对上述得到的三频率包裹相位图进行相位展开，获得点的绝对相位；

将左右图像上对应点的绝对相位差作为匹配代价，进行双目立体匹配，获得匹配视差图；

根据视差原理，从视差图中恢复物体的三维形貌信息。

本发明实施例的第二方面，提供了一种双目立体视觉三维测量系统，所述双目立体视觉三维测量系统包括如下功能模块：