[发明专利]一种基于多频率相位融合的高反光表面三维重构方法

说明书

本发明涉及光学三维成像技术领域，具体涉及一种基于多频率相位融合的高反光表面三维重构方法，基于三频外差时间相位展开技术，从高频条纹组计算展开相位，并基于随机采样一致性算法建立平面约束，找出因高反光引起的噪声点，采用基于平面约束的离散点去除技术，分割出受高反光影响的相位点；同时，基于低频条纹和高频条纹对反射的敏感度不一样，采用低频率相位求解获取离群点的相位；将各种频率获取的相位进行融合即可获得完整的高反光表面相位图，最后基于标定参数实现高反光表面的三维重构，不必提前寻找曝光区域，解决三维重构中高反光表面容易出现过曝区域的技术问题。

技术领域

本发明涉及光学三维成像技术领域，具体涉及一种基于多频率相位融合的高反光表面三维重构方法。

背景技术

三维成像技术是对真实世界进行记录和分析的重要手段，是计算成像与几何测量领域的重要研究内容之一。基于面结构光的正弦光栅条纹投影轮廓术具有大视场、非接触、高精度等优势，在日常消费和工业专业检测领域都均有广泛的应用前景。然而，由于物体表面反射率的不一致性，在高反光表面容易出现过曝区域，导致该区域的条纹失去正弦性，无法实现高质量的三维重构。现有的技术包括以下几种，但分别存在不同的技术问题：一、通过多次曝光建立高动态图像，但是多次曝光要严格控制曝光时间，操作困难；二、先判断高反光区域，再修正投影仪的条纹亮度分布，这显然会影响投射和采集条纹环节的便捷性；三、在硬件系统中增加滤光片，这增加了系统结构和调节的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多频率相位融合的高反光表面三维重构方法，改善了物体表面灰度饱和区域的三维重构质量，避免三维重构中高反光表面容易出现过曝区域的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多频率相位融合的高反光表面三维重构方法，包括下列步骤：

投影仪投影多组三频外差的正弦条纹；

相机采集多组所述三频外差的正弦条纹的条纹图像；

基于相移法求解对每组所述条纹图像的折叠相位，并基于三频外差获取展开相位；

基于RANSAC三维点平面拟合找出高频组展开相位中的噪声点；

在低频组中计算所述噪声点的展开相位，并根据频率关系计算等效相位；

融合高频组和低频组的展开相位，并基于标定参数进行三维重构。

其中，所述三频外差的正弦条纹为竖条纹，投影条纹每一列内像素的光强值都相同。

其中，折叠相位的计算过程具体为基于最小二乘法计算像素点的折叠相位。

其中，基于三频外差获取展开相位采用基于时间的相位展开方法，每点之间的计算相互独立。

其中，所述噪声点采用基于RANSAC三维点平面拟合从一组包含离群的被观测数据中估算，判断离群噪声点的准则是看各点到平面的距离，大于阈值则为离群点。

其中，融合高频组和低频组的展开相位的过程中，以第1组高频率的三频外差为基础，高反光区域采用低频率的三频外差计算等效相位，从而实现相位融合。

本发明提供了一种基于多频率相位融合的高反光表面三维重构方法，基于三频外差时间相位展开技术，从高频条纹组计算展开相位，并基于随机采样一致性(RANSAC)算法建立平面约束，找出因高反光引起的噪声点，采用基于平面约束的离散点去除技术，分割出受高反光影响的相位点；同时，基于低频条纹和高频条纹对反射的敏感度不一样，采用低频率相位求解获取离群点的相位；将各种频率获取的相位进行融合即可获得完整的高反光表面相位图，最后基于标定参数实现高反光表面的三维重构，不必提前寻找曝光区域，解决三维重构中高反光表面容易出现过曝区域的技术问题。

附图说明