[发明专利]一种非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置

说明书

本发明涉及光学三维成像领域，特别涉及非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置。结构光场投影装置包括N个结构光投射模组、合光棱镜和投影镜组，结构光投射模组按照预定时序依次开启，生成N个正弦条纹结构光场；合光棱镜用于将N个正弦条纹结构光场进行光路转换输出到投影镜组；投影镜组用于将N个正弦条纹结构光场投射到同一待测目标；其中，N个正弦条纹结构光场投射到同一待测目标时，具有相同的成像位置，并且时序上相邻的正弦条纹结构光场之间存在2π/N的空间相位间隔。采用本发明的结构光场投影装置和三维成像系统，可高速高精度获取人脸目标的三维数据。

技术领域

本发明涉及光学三维成像领域，特别涉及一种非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置。

背景技术

三维人脸识别技术快速走向应用的前提是大规模三维人脸数据的建库，基于三角测量原理的光学三维测量技术具有全场非接触、精度高、速度快等显著优点，被认为是获取高速高精度三维人脸数据推崇的技术之一。采用光学三维测量的方法获取三维人脸数据的原理为：投影结构光光场至待测人脸表面，并采用单目或双目相机来拍摄受到待测人脸表面调制的变形图像序列，根据图像序列提取相位信息，从而获取三维人脸数据并重建三维模型。其中，投影结构光采用结构光编码的目的在于丰富或增加被测弱纹理人脸表面的特征，从而提高三维重建结果的准确性、可靠性以及建模的完整性。

其中，基于正弦条纹投影的三维测量技术可以获得优异的建模效果，但是正弦条纹序列要求精确相移，通常采用DLP(Digital Light Processing)、LCOS(Liquid Crystalon Silicon)等商业数字投影设备，其投影帧率低、体积大、成本高，在需要平衡精度、测量速度、集成度以及成本等因素的三维人脸识别应用中受到限制。目前，还未见报道能够满足人脸三维数据获取的成本低廉的高速高精度结构光三维成像系统。

发明内容

本发明的目的在于，综合考虑精度、测量速度、集成度以及成本等因素，基于照明光源和结构光模板，构建了新的结构光场投影装置，并提出了基于该结构光场投影装置的三维成像系统，即提出了一种非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置，在实际应用环境中，可高速高精度获取人脸目标的三维数据。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

一种非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置，包括N个结构光投射模组、合光棱镜和投影镜组，

N个结构光投射模组按照预定时序依次开启，生成N个正弦条纹结构光场；

合光棱镜用于将N个正弦条纹结构光场进行光路转换，输出N个正弦条纹结构光场到投影镜组；

投影镜组用于将N个正弦条纹结构光场投射到同一待测目标；

其中，N个正弦条纹结构光场投射到同一待测目标时，具有相同的成像位置，并且时序上相邻的正弦条纹结构光场之间存在2π/N的空间相位间隔。

作为本发明的优选方案，结构光投射模组包括照明光源、复合透镜阵列、结构光模板和滤光片；

照明光源用于提供不同波长的光源；

复合透镜阵列用于将光源形成均匀的发光面；

结构光模板上有条纹状结构光模板图案，当均匀的发光面投射到结构光模板上时，通过结构光模板图案形成正弦条纹结构光场；

滤光片用于从正弦条纹结构光场中选取出所需辐射波段并输出到合光棱镜。

作为本发明的优选方案，结构光模板上还设置有对准标记，对准标记用于调整正弦条纹结构光场的投射位置，并且对准标记用于调整正弦结构光模板的几何位置，使得时序上相邻的结构光模板的条纹状结构光模板图案之间存在2π/N的空间相位间隔。