[发明专利]一种快速相位匹配方法、存储介质和三维测量系统

说明书

本发明提供了一种快速相位匹配方法、存储介质和三维测量系统，方法包括通过解相位算法，得到参考平面和物体表面的绝对相位图；遍历物体表面绝对相位图，取某个像素点，根据像素坐标确定对应的极线方程，得到参考相位图上的位相同名点的极线搜索范围；粗略搜索，得到匹配点的大概位置；精细搜索，得到匹配点的精确整数像素坐标；亚像素匹配点的插值计算，得到亚像素的位相同名点；获取全图的亚像素视差图，计算得到亚像素的视差，进而计算高度信息，用于三维重建。本方法和系统通过计算亚像素的相位匹配点提高了相位匹配的精度，同时极大地提高了三维重建的效率。

技术领域

本发明涉及构光三维测量领域，尤其涉及一种快速相位匹配方法、存储介质和三维测量系统。

背景技术

在相移法结构光三维测量中，往往需要进行相位匹配，通过相位匹配得到图像同名点，由同名点计算出视差，从而重建出三维点云数据。

一般的单目结构光三维测量系统模型图如附图1，O_cX_cY_cZ_c为相机坐标系，O_pX_pY_pZ_p为投影仪坐标系，O_cO_p平行于参考平面，Ω_w是事先标定的参考平面，O为投影仪光轴与参考平面Ω_w的交点，P为物体上一点，投影仪光心、相机光心与P点连线交参考面于A、B点，物体点P在直线O_cO_p和参考面上的投影为P″和P′点。投影仪光心和相机光心直线距离是d，O_cO_p和参考平面之间的距离是l。由相似三角形可得则

代入已知条件，得到

可得物体高度表达式

因此只要在物体表面相位图和参考平面相位图之间匹配相位，找出参考平面相位图上的的B点像素位置，即可计算出AB的距离值，从而计算出物体高度，得到三维点云数据。

综上，在单目结构光三维测量中，往往需要把测量的物体表面相位图和参考平面相位图进行相位匹配，得到一个位相同名点的视差，进而计算出物体表面的三维点云数据。其中相位匹配一般是在极线上搜索位相同名点，如果不采取优化搜索策略，单个像素点的匹配就会消耗很多时间，从而使得整幅图的相位匹配过程很缓慢，影响三维测量的整体效率。另外整数像素相位匹配点的往往会存在较大误差，影响了三维重建的精度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种快速相位匹配方法、存储介质和三维测量系统，其能解决上述问题。

设计原理：根据相位图上的相位连续分布特性，利用待匹配图的相位梯度和邻近点相位拓扑关系，在极线搜索上进行了优化，能够快速地搜索到位相同名点。另外在搜索到整数像素同名点的基础上，设计了一个亚像素插值模型，通过物像整数像素坐标减去亚像素坐标获得亚像素视差，快速计算获得高度信息。

设计方案：本发明的目的采用以下方案实现。

一种用于三维测量的快速相位匹配方法，方法包括以下步骤：

步骤1、通过解相位算法，得到参考平面和物体表面的绝对相位图。

步骤2、遍历物体表面绝对相位图，取某个像素点，根据像素坐标确定对应的极线方程，得到参考相位图上的位相同名点的极线搜索范围。

步骤3、粗略搜索，根据相位梯度和邻近点的匹配结果，在极线上进行位相同名点的粗略搜索，得到匹配点的大概位置。

步骤4、精细搜索，根据粗略搜索结果，进行精细搜索，得到匹配点的精确整数像素坐标。