基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，主要解决现有三维信息获取方法测量精度低、空间分辨率低、耗时长的问题。其实现步骤为：设计包含两种频率信息且强度变化的双颜色条纹模板；用投影仪将其投射到待测物体上，用摄像机记录变形条纹图像；求解变形条纹图像的颜色相位分布和强度相位分布；根据颜色相位分布和强度相位分布，计算变形条纹图像中像素点的截断相位展开值；根据截断相位展开值确定像素点在投影模板中的匹配点；用三角测距原理及匹配点坐标，求出变形条纹图像中每个像素点的三维坐标值。本发明具有空间分辨率高、测量精度高、测量速度快的优点，可用于对动态物体的三维信息获取。
【专利说明】基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测量【技术领域】，特别涉及静态或动态物体的三维信息获取，可用于人机互动、虚拟现实、逆向工程、文物三维重建。
【背景技术】
[0002]随着科学与技术的飞速发展，物体三维信息的获取在很多应用领域都有着广泛的应用前景，如生产自动化、人机交互、医学诊断、逆向工程、数字化建模等。其中，结构光测量法作为一种非接触式的三维信息获取技术，因其实现简单、速度快和精度高等优点得到了广泛应用。
[0003]结构光三维测量方法的基本思想是利用结构光投影的几何关系来获得物体的三维信息。首先通过投影设备将编码的结构光模版投射到待测物体上，并使用摄像机记录下投影图像，将所拍图像与所投影的结构光模版进行匹配，找到匹配点后，利用投影点、匹配点及物体的三角关系求解目标物体的三维信息。现有技术中获得目标物体三维信息的方法，基于相位信息编码结构光的主要有相位轮廓测量法和傅里叶轮廓法，其中:
[0004]相位轮廓测量法，采用相位偏移算法求解相位信息，至少需要投影三幅图像，有着高精度、高分辨率的特点，但因需要投射多幅模版，只适于静态物体的三维信息获取，且因对摄像机及投影设备的同步性要求较高，操作困难。
[0005]傅里叶轮廓测量法，基于光栅相位同光强基频分量的线性关系，只需投影一幅图像，但因需要对傅里叶基频分量进行分离，故深度测量范围小，不适用于复杂的深度突变物体。
[0006]此外，上述两种方法均需进行截断相位的展开，而现有的二维相位展开方法耗时较长，同时因为噪声的干扰，相位展开结果并不十分可靠；若通过增加投影模版数量对截断相位的周期进行编码，则加大了时间成本，不利于动态物体的三维信息获取。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，以在使用单幅模版、不增加设备复杂性的情况下，提高相位展开的速度，实现适用于动态目标物体的高精度、高分辨率的三维信息获取。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤:
[0009]( I)设计包含两种频率信息且强度变化的双颜色条纹模板P:
[0010](Ia)设定双颜色条纹模版P的颜色为红色和蓝色，设强度变化的周期为Ti，颜色变化的周期为T。，且Ti和T。为互质的整数；
[0011](Ib)将双颜色条纹模板P中第X行、第y列的像素点(X，y)处的红色分量灰度值标记为已(X，y)，蓝色分量灰度值标记为Pb (X，y)，并按下式进行赋值，构成双颜色条纹模板P:
【权利要求】
1.一种基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，包括如下步骤: (O设计包含两种频率信息且强度变化的双颜色条纹模板P: (Ia)设定双颜色条纹模版P的颜色为红色和蓝色，设强度变化的周期为Ti,颜色变化的周期为T。，且Ti和T。为互质的整数； (Ib)将双颜色条纹模板P中第X行、第y列的像素点(X，y)处的红色分量灰度值标记为已(X，y)，蓝色分量灰度值标记为Pb (X，y)，并按下式进行赋值，构成双颜色条纹模板P:
2.根据权利要求1所述的基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，其中步骤(5)所述的求取像素点(i，j)的颜色相位分布奶.(/，./)，按如下步骤进行: (5a)将颜色积分值Tr(i，j)与波长为T。的一维Gabor滤波器进行卷积，得到像素点(i, j)的响应值 Gc(Tr(i，j)); (5b)计算像素点(i，j)的颜色相位分布死(A./):
3.根据权利要求1所述的基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，其中步骤(6)所述的求取像素点(i，j)的强度相位分布奶(/V/)，按如下步骤进行: (6a)将强度编码信息I (i，j)与波长为Ti的一维Gabor滤波器进行卷积，得到像素点(i, j)的响应值 Gi(UiJ)); (6b)计算像素点(i，j)的强度相位分布Φ(i,j):
4.根据权利要求1所述的基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，其中步骤(9)所述的求取像素点(i，j)的截断相位展开值Λ φ (i, j)，按如下步骤进行:(9a)计算相位展开参考值=VicOii, IO=IiiT1-1icTc,其中，Tc、Ti分别为双颜色条纹模板P的颜色变化周期和强度变化周期，η,和η。均为整数，分别表示截断相位展开的强度周期和彦页色周期，且 n。e [O, T1-1], rij e [O, Tc-1]； (9b)计算像素点(i，j)的相位展开中间值V(i，j):
5.根据权利要求4所述的基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，其中步骤Og)中所述的根据邻域信息求解不可信赖的像素点(i，j)的截断相位展开值Λ φ (i, j)，按如下步骤进行: Ogl)对标记为不可信赖点的像素点(i，j)，根据相位展开参考值ViJni, η。)，按照查表法确定
6.根据权利要求1所述的基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，其中步骤(10)中所述的求取像素点(i，j)在投影模版P中的匹配点(x(i，j)，y(i，j))，按如下公式进行:.?(/,./) = /
7.根据权利要求1所述的基于相位编码的混频结构光三维信息获取方法，其中步骤(11)中所述的利用像素点(i，j)与匹配点(x(i，j)，y(i，j))的空间关系，计算待测物体的三维信息值，按如下公式进行:
【文档编号】G01B11/00GK103697815SQ201410018554
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】石光明, 高山, 李甫, 石悦鑫, 李芹, 杨莉莉, 李若岱 申请人:西安电子科技大学