用于三维形状测量的彩色编码条纹图案的制作方法
【专利摘要】本发明公开了利用一个或多个彩色编码的条纹图案来光学地、三维地测量对象形状。在一种实施方式中，彩色编码的条纹图案包括多个在强度上被调制的条纹，该彩色编码的条纹图案被如下配置。从条纹中选择的单独条纹包括位于条纹宽度上的彩色线条。该彩色线条的线条宽度大体上比条纹宽度更窄，从而彩色线条在线条宽度上具有大体上类似的强度。不包括彩色线条的单独条纹的条纹颜色大体上在单独条纹上是均匀的。条纹颜色大体上不同于线条颜色。所有条纹的条纹颜色大体上是类似的，由此使得彩色编码的条纹图案的主要部分能够为至对象的投射提供大体上均匀的光照颜色。
【专利说明】用于三维形状测量的彩色编码条纹图案
【技术领域】
[0001]本发明涉及对象形状的三维测量，其基于将一个或多个条纹图案光学投射到对象上并且分析自对象反射的最终一个或多个失真的条纹图像。
【背景技术】
[0002]在本领域中，可以通过下述方法进行对象的三维形状测量:利用投影仪将一个或多个条纹图案投射到对象上并且随后基于自对象反射且随后由摄像机捕捉的一个或多个失真的条纹图像计算对象形状的深度分布。为了增加形状测量的空间分辨率，每个条纹图案可以包括周期性布置的条纹，每个条纹通过调制函数(该调制函数为或足够接近正弦或余弦函数)加上某个常数在强度上被调制，从而调制的强度总是非负的。即，每个条纹大体上在强度上被正弦地调制。
[0003]利用大体上正弦调制的条纹图案的三维形状测量的概述在KARPINSKY，N.和ZHANG, S.在2010年8月6日的实时图像处理杂志第5卷第3期第1_12页中的“High-resolution,real_time3D imaging with fringe analysis”一文中有所介绍，通过
引用将该文整体并入本文中。失真的条纹图像通常可以被建模为:
[0004]
【权利要求】
1.一种用于三维测量对象形状的光学方法，包括:将一个预定条纹图案投射到对象上或将不止一个预定条纹图案相继地投射到对象上，从而对象使一个或多个预定条纹图案失真，并且由此生成一个或多个失真的条纹图像；及分析所述一个或多个失真的条纹图像以估计解包裹的相位图，该解包裹的相位图表征所述一个或多个失真的条纹图像的一种或多种强度分布，从而能够从解包裹的相位图获得对象形状的深度分布； 其中: 所述一个或多个预定条纹图案中的每一个均包括周期性布置在其上的多个条纹，每个条纹具有条纹宽度并且在条纹宽度上强度被调制；及 所述一个或多个预定条纹图案中的至少一个位置还被配置成彩色编码的条纹图案； 并且，其中彩色编码的条纹图案配置成使得: 从条纹中选择的单独条纹包括位于条纹宽度上的彩色线条，该彩色线条的线条宽度大体上比条纹宽度更窄，从而彩色线条在线条宽度上具有大体上类似的强度，彩色线条的强度由彩色线条的位置确定，彩色线条还具有线条颜色。
2.如权利要求1所述的方法，其中，彩色编码的条纹图案还配置成使得: 不包括彩色线条的单独条纹的条纹颜色大体上在单独条纹上是均匀的，条纹颜色大体上不同于线条颜色 '及 所有条纹的条纹颜色大体上是类似的，由此使得彩色编码的条纹图案的主要部分能够为至对象的投射提供大体上均匀的光照颜色。
3.如权利要求1所述 的方法，其中，对所述一个或多个预定条纹图案中的每一个来说，其中的每个条纹大体上在条纹宽度上强度被正弦调制。
4.如权利要求1所述的方法，其中，彩色编码的条纹图案还配置成使得任意相邻的两个条纹的线条颜色大体上不同，由此提供用于在估计解包裹的相位图期间辅助确定条纹级次的分化信息。
5.如权利要求1所述的方法，其中: 所述一个或多个预定条纹图案的数量为N，其中，N大于1，N个预定条纹图案中的每一个均具有相同数量的条纹，每个条纹具有条纹编号； 从N个预定条纹图案中选出M个，其中M大于I并小于或等于N，从而M个选择的预定条纹图案中的每一个均被配置成彩色编码的条纹图案，M个选择的预定条纹图案中同一条纹编号的相关条纹的线条颜色共同地构成该条纹编号下的相关条纹的码字；及 用于任意的第一相关条纹和任意的第二相关条纹的码字大体上不同，其中，第一和第二相关条纹在条纹上相邻，由此提供用于在估计解包裹的相位图期间辅助确定条纹级次的分化信息。
6.如权利要求1所述的方法，其中，如果使用不止一个预定条纹图案，则预定条纹图案源自对于不同预定条纹图案具有不同相位偏移的一个参考条纹图案，每个相位偏移表示参考条纹图案中的条纹的位置偏移。
7.如权利要求1所述的方法，其中，分析所述一个或多个失真的条纹图像包括: 如果所述一个或多个失真的条纹图像中的任意一个是对象形状使彩色编码的条纹图案失真而生成的失真的彩色编码的条纹图像，则将失真的彩色编码的条纹图像分解成强度分量图像和颜色分量图像，从而能够在估计包裹的相位图时使用强度分量图像，并且能够在解开包裹的相位图以产生解包裹的相位图时使用颜色分量图像。
8.如权利要求1所述的方法，其中，彩色编码的条纹图案的单独条纹中的彩色线条的位置的选择使得:在该位置处，单独条纹在其条纹宽度上的强度处于最大强度的0.2倍至0.8倍之间。
9.如权利要求1所述的方法，其中，彩色编码的条纹图案的所有条纹中的彩色线条的位置的选择使得:在这些位置处，彩色编码的条纹图案的所有条纹具有大体上类似的强度。
10.如权利要求1所述的方法，其中，彩色编码的条纹图案的所有条纹中的彩色线条的位置的选择使得:在这些位置处，彩色编码的条纹图案的所有条纹的强度不是唯一的。
11.一种条纹图案生成子系统，其配置成用于三维地测量对象形状的系统中，该条纹图案生成子系统包括配置成生成一个或多个预定条纹图案的一个或多个处理器，其中: 所述一个或多个预定条纹图案中的每一个均包括周期性布置在其上的多个条纹，每个条纹具有条纹宽度并且在条纹宽度上强度被调制；及 所述一个或多个预定条纹图案中的至少一个还被配置成彩色编码的条纹图案； 并且，其中彩色编码的条纹图案配置成使得: 从条纹中选择的单独条纹包括位于条纹宽度上的彩色线条，该彩色线条的线条宽度大体上比条纹宽度更窄，从而彩色线条在线条宽度上具有大体上类似的强度，彩色线条的强度由彩色线条的位置确定，彩色线条还具有线条颜色。
12.如权利要求11所述的条`纹图案生成子系统，其中，彩色编码的条纹图案还配置成使得: 不包括彩色线条的单独条纹的条纹颜色在单独条纹上大体上是均匀的，条纹颜色大体上不同于线条颜色；及 所有条纹的条纹颜色大体上是类似的，由此使得彩色编码的条纹图案的主要部分能够为至对象的投射提供大体上均匀的光照颜色。
13.如权利要求11所述的条纹图案生成子系统，其中，对所述一个或多个预定条纹图案中的每一个来说，其中的每个条纹大体上在条纹宽度上强度被正弦调制。
14.如权利要求11所述的条纹图案生成子系统，其中，彩色编码的条纹图案还配置成使得任意相邻的两个条纹的线条颜色大体上不同，由此提供用于在估计解包裹的相位图期间辅助确定条纹级次的分化信息。
15.如权利要求11所述的条纹图案生成子系统，其中: 所述一个或多个预定条纹图案的数量为N，其中，N大于1，N个预定条纹图案中的每一个均具有相同数量的条纹，每个条纹具有条纹编号； 从N个预定条纹图案中选出M个，其中M大于I并小于或等于N，从而M个选择的预定条纹图案中的每一个均被配置成彩色编码的条纹图案，M个选择的预定条纹图案中同一条纹编号的相关条纹的线条颜色共同地构成该条纹编号的码字；及 用于任意的第一相关条纹和任意的第二相关条纹的码字大体上不同，其中，第一和第二相关条纹在条纹上相邻，由此提供用于在估计解包裹的相位图期间辅助确定条纹级次的分化信息。
16.如权利要求11所述的条纹图案生成子系统，其中，彩色编码的条纹图案的单独条纹的彩色线条的位置的选择使得:在该位置处，单独条纹在其条纹宽度上的强度处于最大强度的0.2倍至0.8倍之间。
17.如权利要求11所述的条纹图案生成子系统，其中，彩色编码的条纹图案的所有条纹中的彩色线条的位置的选择使得:在这些位置处，彩色编码的条纹图案的所有条纹具有大体上类似的强度。
18.如权利要求11所述的条纹图案生成子系统，其中，彩色编码的条纹图案的所有条纹中的彩色线条的位置的选择使得:在这些位置处，彩色编码的条纹图案的所有条纹的强度不是唯一的。
19.一种用于三维地测量对象形状的系统，该系统包括: 如权利要求11所述的条纹图案生成子系统: 投影仪，用于将条纹图案生成子系统生成的所述一个或多个预定条纹图案投射到对象上； 摄像机，用于在投射到对象上时获取通过使所述一个或多个预定条纹图案失真而生成的一个或多个失真的条纹图像；及 数据处理子系统，其配置用于通过分析摄像机获取的所述一个或多个失真的条纹图像估计解包裹的相位图，该解包裹的相位图表征所述一个或多个失真的条纹图像的一种或多种强度分布，该数据处理子系统还用于根据解包裹的相位图计算对象形状的深度分布。
20.一种条纹图案生成子系统，其配置成用于三维地测量对象形状的系统中，该条纹图案生成子系统包括配置成生成一个或多个预定条纹图案的一个或多个处理器，其中: 所述一个或多个预定条纹 图案中的每一个均包括周期性布置在其上的多个条纹，每个条纹具有条纹宽度并且在条纹宽度上强度被调制；及 所述一个或多个预定条纹图案中的至少一个还被配置成彩色编码的条纹图案； 并且，其中彩色编码的条纹图案配置成使得: 彩色编码的条纹图案包括多条彩色斜线，每条彩色斜线跨越至少两个条纹并且在大体上不平行于条纹定向的方向上定向，从而从条纹中选择的单独条纹在该单独条纹上包括多个彩色斜线段，彩色斜线段上的任意点具有由该点在单独条纹上的位置确定的强度，彩色斜线段共同地具有线条颜色。
【文档编号】G01B11/25GK103438833SQ201310414102
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】王曌 申请人:香港应用科技研究院有限公司