[发明专利]基于周期互质混合编码的目标物体三维信息获取方法

摘要

本发明公开了一种基于周期互质混合编码的目标物体三维信息获取方法，主要解决现有相移方法在截断相位延拓时存在的二义性问题。其实现步骤为：1)设计三幅模板图像T₁、T₂、T₃；2)将投影仪P与摄像机V水平放置，并使两者光轴平行，用投影仪P将模板图像T₁、T₂、T₃依次投射到目标物体上；3)通过摄像机V同步拍摄三幅模板投影到目标物体后发生的对应变形图像并传回计算机对其进行解码，得到其正弦条纹截断相位φ_ps和方波条纹截断相位φ_sq；4)根据正弦条纹截断相位φ_ps和方波条纹截断相位φ_sq，求解得到目标物体的三维信息；本发明具有抗干扰能力强、目标物体三维信息测量精度高、分辨率高的优点，可用于逆向工程、人机互动、文物三维重建等领域。

主权项

一种基于周期互质混合编码的目标物体三维信息获取方法，包括如下步骤： (1)设计周期互质混合编码的三维扫描系统所需投影的三幅模板图像T₁、T₂、T₃： 1a)设定三幅周期互质混合编码模板图像中正弦条纹直流分量为A，正弦条纹幅度为B； 1b)设定三幅模板图像T₁、T₂、T₃的初始相移δ_i分别为δ₁＝0，δ₂＝2π/3，δ₃＝‑2π/3； 1c)分别定义三幅模板中任意像素点(x,y)处的灰度值： 其中，表示模板图像中像素点(x,y)处方波条纹的灰度值，C为模板图像中方波条纹幅度，mod(a,b)是指a除以b得到的余数；I_mix(x,y,δ_i)为第i幅模板图像中像素点(x,y)处的灰度值，i＝1,2,3；T_ps和T_sq分别为三幅模板图像T₁、T₂、T₃中正弦条纹周期和方波条纹周期，它们是互为质数的整数；(2)将投影仪P与摄像机V水平放置，并使两者光轴平行，用投影仪P将三幅模板图像T₁、T₂、T₃依次投射到目标物体上； (3)通过摄像机V同步拍摄三幅模板图像投影到目标物体后发生的对应变形图像并传回至计算机；(4)计算机对摄像机捕获到的对应变形图像进行解码，得到这些变形图像中正弦条纹截断相位φ_ps和方波条纹截断相位φ_sq；(5)根据上步所解码出的正弦条纹截断相位φ_ps和方波条纹截断相位φ_sq，进 行基于中国剩余定理的匹配，求解出变形图像中像素点(x,y)对应在模板图像中的位置(x₀,y₀)，再利用三角测距原理求解得到目标物体在世界坐标系下的三维信息： 其中，X_w，Y_w，Z_w分别为目标物体在世界坐标系下沿x轴、y轴、z轴的三维坐标值，世界坐标系的原点选在摄像机的光心，x轴沿摄像机成像平面的水平方向，y轴沿摄像机成像平面的垂直方向，z轴与摄像机成像平面垂直，x、y分别为变形图像中像素点(x,y)的行、列坐标，x₀为变形图像中像素点(x,y)对应在模板图像中的位置(x₀,y₀)的行坐标，f为摄像机的焦距，b为摄像机V光心和投影仪P光心的水平距离，M为变形图像的总行数，N为变形条纹图像总列数，M_T为模板图像T₁、T₂、T₃的总行数，h_cp为摄像机单个像素所代表的实际高度，其值为θ_V为摄像机V的垂直视场角，w_cp为摄像机单个像素所代表的实际宽度，h_pp为投影仪模版中单个像素所代表的实际高度。