一种三维高速压缩成像方法及系统

本申请涉及压缩成像，特别是涉及一种三维高速压缩成像方法及系统。

背景技术：

1、三维成像技术是指获取物体表面各点三维坐标及其他表面特性的技术，器在工业制造与检测、生物医学检测、公共安全监测和消费电子等领域有着广泛的应用前景。条纹投影三维成像技术是其中一种重要的技术，由于条纹投影三维成像技术具有非接触、高分辨、高效率、低成本等优势，故其已作为当前三维成像的主要方法之一。

2、当前条纹投影三维成像技术采用基于空间光调制器的投影仪进行条纹投影与高速相机进行条纹图像采集，通过投影相位与投影仪物面坐标成线性关系的正弦条纹，利用条纹的相位对投影仪物面坐标进行编码，对采集后的图像利用条纹投影重建算法进行相机解包裹与三维图像重建。但基于空间光调制器的投影仪投影条纹的帧率可达到20000fps以上，但相机的采集帧率一般为10-800fps，相机的采集帧率远远的小于投影仪的投影条纹的帧率，使得条纹投影三维成像的速度受到了相机的极大制约，这严重限制了条纹投影三维成像技术在高速场景的实际应用。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种三维高速压缩成像方法及系统，针对目前技术中提出的条纹投影三维成像技术的速度受到相机采集帧率限制的问题，提出了三维高速压缩成像的方法，可以实现三维高速场景的成像。

2、第一方面，本申请提供了一种三维高速压缩成像方法，包括：条纹投影仪朝向三维物体依次投影n张不同相位的投影条纹得到成像图像，其中设置条纹投影仪的循环张数n同于图像压缩比m；每张成像图像通过成像镜头抵达空间光调制器被编码得到对应的编码图像，其中空间光调制器上加载m张不同的二值掩码；n张编码图像通过远心镜头被相机单次曝光采集得到编码压缩图像；利用三维压缩重建算法对编码压缩图像进行三维重建得到重建后的三维高速图像。

3、第二方面，本申请提供了一种三维高速压缩成像系统，包括:三维高速压缩成像装置，其中所述三维高速压缩成像装置包括条纹投影仪、成像镜头、相机、远心镜头、空间光调制器以及控制单元，条纹投影仪和成像镜头之间形成放置三维物体的三维成像空间，成像镜头、空间光调制器、远心镜头以及相机沿着成像光路依次设置，条纹投影仪朝向三维物体依次投影n张不同相位的投影条纹得到成像图像，其中设置条纹投影仪的循环张数n同于图像压缩比m，每张成像图像通过成像镜头抵达空间光调制器7被编码得到对应的编码图像，其中空间光调制器上加载m张不同的二值掩码，n张编码图像通过远心镜头被相机单次曝光采集得到编码压缩图像；

4、计算单元，其中用于利用三维压缩重建算法对编码压缩图像进行三维重建得到重建后的三维高速图像

5、第三方面，本申请提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的三维高速压缩成像方法。

6、本发明的主要贡献和创新点如下：

7、与现有技术相比，本申请在原有的投影三维压缩成像装置的基础上引入了图像压缩采集模块，采用条纹投影仪投影的n张投影条纹作用于三维物体，再利用空间光调制器对高速运动场景中的三维物体进行编码得到编码图像并被相机采集得到编码压缩图像，并利用优化设计的三维高速压缩成像的重建算法对采集的编码压缩图像进行三维重建以得到三维高速图像，以此方式克服了由于相机帧率限制而引起的成像速率的限制，该方案可用于高速运动场景下的三维物体的快速成像。

8、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.一种三维高速压缩成像方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的三维高速压缩成像方法，其特征在于，条纹投影仪向三维物体以投影循环的规律依次投影投影条纹，每一投影循环中的投影条纹的循环张数为n且同一投影循环内的投影条纹的相位彼此不相同。

3.根据权利要求2所述的三维高速压缩成像方法，其特征在于，条纹投影仪每投影一次投影条纹时触发空间光调制器进行一次编码，单次投影循环内的每张成像图像对应一张二值编码。

4.根据权利要求2所述的三维高速压缩成像方法，其特征在于，每当空间光调制器完成一个投影循环内的图像编码得到n张编码图像后，触发相机曝光采集n张编码图像得到一张编码压缩图像。

5.根据权利要求1所述的三维高速压缩成像方法，其特征在于，将编码压缩图像输入到经训练的三维图像重建模型中，其中三维图像重建模型对编码压缩图像进行解码得到n张解码图像，n张解码图像进行相位解包裹得到不同相位，基于不同相位进行三维重建得到重建后的三维高速图像。

6.根据权利要求2所述的三维高速压缩成像方法，其特征在于，条纹投影仪循环投影成像得到多张三维高速图像，应用于三维物体处于高速运动的运动场景的拍摄。

7.根据权利要求1所述的三维高速压缩成像方法，其特征在于，采用标注有对应的三维高速图像以及编码压缩图像作为一组训练样本，将多组训练样本输入到三维图像重建模型中进行训练，直到满足迭代次数或损失函数值达到设定阈值，其中编码压缩图像作为三维图像重建模型的输入值，三维图像重建模型作为真实值同三维图像重建模型的预测值比较以构建该三维图像重建模型的损失函数。

8.一种三维高速压缩成像系统，其特征在于，包括:

9.根据权利要求8所述的三维高速压缩成像系统，其特征在于，将编码压缩图像输入到经训练的三维图像重建模型中，其中三维图像重建模型对编码压缩图像进行解码得到n张解码图像，n张解码图像进行相位解包裹得到不同相位，基于不同相位进行三维重建得到重建后的三维高速图像。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，所述过程包括根据权利要求1至7任一项所述的三维高速压缩成像方法。

技术总结
本申请提出了一种三维高速压缩成像方法及系统，该方案利用条纹投影仪朝向三维物体依次投影N张不同相位的投影条纹得到成像图像，其中设置条纹投影仪的循环张数N同于图像压缩比M；每张成像图像通过成像镜头抵达空间光调制器被编码得到对应的编码图像，其中空间光调制器上加载M张不同的二值掩码；N张编码图像通过远心镜头被相机单次曝光采集得到编码压缩图像，利用三维压缩重建算法对编码压缩图像进行三维重建得到重建后的三维高速图像，克服了原有投影三维成像装置无法应用于高速运动三维物体场景的拍摄的问题，实现了三维物体的快速成像。

技术研发人员：刘星,吴华铮,王理顺,曹淼,袁鑫
受保护的技术使用者：西湖大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25