图像匹配系统及方法
【专利摘要】一种图像匹配方法，其包括：接收用户光栅的频率种类数、每种频率光栅的周期数、及相移次数；控制投影仪将M种不同频率的光栅依次根据相移次数投影到待测物体的表面，并记录在每一种频率及每一次平移下由两个摄像机各拍摄的N幅光栅图像；计算每个像素点在每幅光栅图像中的光强；根据N步相移法计算像素点在每一种频率光栅下的相位主值θ(x,y)；根据像素点在M种不同频率的光栅下的相位主值计算每个像素点的相位以得到第一相位灰度图及第二相位灰度图；匹配第一相位灰度图及第二相位灰度图中的所有像素点以得到所需的图像。本发明还提供一种图像匹配系统，其可以在图像匹配的时候不需要外部的约束就可以完成，同时也提高了计算速度。
【专利说明】图像匹配系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像匹配系统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前，结构光三维测量系统是一种迅速发展的技术。将结构光照射在物体上，利用 摄像机拍到的图片进行编码和匹配是系统的重要部分，是获得高精度三维测量的基础。基 于一维正弦光栅的相移解相位编码方法，如格雷码，多频外差法等广泛应用于各种扫描测 量系统之中。一维正弦光栅只在一个方向有变化，解出相位后不能直接用相位匹配图像，还 需要外部条件，如极线约束。这样给计算带来很大的不便。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上内容，有必要提供图像匹配系统及方法，其可以在图像匹配的时候不需 要外部的约束就可以完成，而且计算速度也提高很多。
[0004] 一种图像匹配系统，其包括：接收模块，用于接收用户光栅的频率种类数、每种频 率光栅的周期数、及相移次数；投影模块，用于投影仪将Μ种不同频率的光栅依次根据相移 次数投影到待测物体的表面，并记录在每种频率及每次平移下由两个摄像机各拍摄的Ν幅 光栅图像；光强计算模块，用于计算每个像素点在每幅光栅图像中的光强；相位主值计算 模块，用于根据Ν步相移法计算每个像素点在每种频率光栅下的相位主值Θ (x，y);相位计 算模块，用于根据每个像素点在Μ种不同频率光栅下的相位主值计算每个像素点的相位以 得到第一相位灰度图及第二相位灰度图，所述第一相位灰度图为第一个摄像机所拍摄的光 栅图像计算得到的相位灰度图，所述第二相位灰度图为第二个摄像机所拍摄的光栅图像计 算得到的相位灰度图；匹配模块，用于匹配第一相位灰度图及第二相位灰度图中的所有像 素点以得到所需的图像。
[0005] -种图像匹配方法，该方法包括：接收步骤，接收用户输入光栅的频率种类数、每 种频率光栅的周期数、及相移次数；投影步骤，使投影仪将Μ种不同频率的光栅依次根据相 移次数投影到待测物体的表面，并记录在每种频率及每次平移下由两个摄像机各拍摄的Ν 幅光栅图像；光强计算步骤，计算每个像素点在每幅光栅图像中的光强；相位主值计算步 骤，根据Ν步相移法计算每个像素点在每种频率光栅下的相位主值Θ (x，y);相位计算步 骤，根据每个像素点在Μ种不同频率光栅下的相位主值计算每个像素点的相位以得到第一 相位灰度图及第二相位灰度图，所述第一相位灰度图为第一个摄像机所拍摄的光栅图像计 算得到的相位灰度图，所述第二相位灰度图为第二个摄像机所拍摄的光栅图像计算得到的 相位灰度图；匹配步骤，匹配第一相位灰度图及第二相位灰度图中的所有像素点以得到所 需的图像。
[0006] 相较于现有技术，所述图像匹配系统及方法使得每个像素点对应唯一的一个相 位，使每个像素点的编码都是唯一的，从而在图像匹配的时候不需要外部的约束，直接利用 像素点的相位进行插值匹配就可以完成，同时也提高了计算速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1是本发明图像匹配系统的应用环境图。
[0008] 图2是本发明图像匹配系统的模块图。
[0009] 图3是本发明图像匹配方法的较佳实施例的流程图。
[0010] 图4是本发明双线性插值的示意图。
[0011] 主要元件符号说明
[0012]
【权利要求】
1. 一种图像匹配系统，其特征在于，该系统包括： 接收模块，用于接收用户输入光栅的频率种类数、每种频率光栅的周期数、及相移次数 N； 投影模块，用于投影仪将Μ种不同频率的光栅依次根据相移次数投影到待测物体的表 面，并记录在每种频率及每次平移下由两个摄像机各拍摄的Ν幅光栅图像； 光强计算模块，用于计算每个像素点在每幅光栅图像中的光强； 相位主值计算模块，用于根据Ν步相移法计算每个像素点在每种频率光栅下的相位主 值 θ (X，y); 相位计算模块，用于根据每个像素点在Μ种不同频率光栅下的相位主值计算每个像素 点的相位以得到第一相位灰度图及第二相位灰度图，所述第一相位灰度图为第一个摄像机 所拍摄的光栅图像计算得到的相位灰度图，所述第二相位灰度图为第二个摄像机所拍摄的 光栅图像计算得到的相位灰度图； 匹配模块，用于匹配第一相位灰度图及第二相位灰度图中的所有像素点以得到所需的 图像。
2. 如权利要求1所述的图像匹配系统，其特征在于，在第m种频率的光栅下，像素点在 第i幅光栅图像中的光强为：
其中a为系数，X，y为像素点在光栅图像中的横、纵坐标，Φπ为第m种光栅的周期数， m和i是大于0的整数，m彡M，i彡N。
3. 如权利要求2所述的图像匹配系统，其特征在于，所述像素点在第m种频率的光栅下 的相位主值：
4. 如权利要求1所述的图像匹配系统，其特征在于，每个像素点的相位为像素点在频 率最大的光栅下的绝对相位。
5. 如权利要求4所述的图像匹配系统，其特征在于，所述Μ种不同频率的光栅按照频率 的大小从小到大依次为频率为λ i的光栅、频率为λ2的光栅…及频率为λΜ的光栅，像素 点在频率入1、频率入 2?及频率^光栅下的相位主值依次为91，92?9"; 频率为λ i的光栅的周期数最大，则像素点在频率为λ i光栅下的绝对相位为其相 位主值Θ i ; 所述像素点在频率λ 2光栅下的绝对相位Φ2为像素点在频率λ i光栅 下的绝对相位％及像素点在频率λ 2光栅下的相位主值叠加得到的，所述
所述像素点在频率为λ Μ的光栅下的绝对相位ΦΜ为像素点在频率为λ η 光栅下的绝对相位及频率为λΜ光
栅下的相位主值叠加得到的，所述 的结果取整。
6. 如权利要求1所述的图像匹配系统，其特征在于，所述匹配模块匹配第一相位灰度 图及第二相位灰度图的步骤包括： 若第一相位灰度图的任意一个像素点的相位为Ρ〇,在第二相位灰度图中找到四个位 置相邻的像素点，且四个像素点的相位分别为PQQ、PQ1、P1Q、Ρ η，满足：PQ>PQ()，PQ〈PQ1，Ρ/Ρκ)， Ρ〇<Ρπ ； 利用双线性插值计算出在第二相位灰度图中与相位为h的像素点相匹配的像素点P' 的坐标； 设相位为ΡΜ的像素点的坐标为（Χ(ι，％)，则与匕相位相匹配的相位P'的像素点坐标 (y)为··
7. -种图像匹配方法，其特征在于，该方法包括： 接收步骤，接收用户输入光栅的频率种类数、每种频率光栅的周期数、及相移次数N; 投影步骤，使投影仪将Μ种不同频率的光栅依次根据相移次数投影到待测物体的表 面，并记录在每种频率及每次平移下由两个摄像机各拍摄的Ν幅光栅图像； 光强计算步骤，计算每个像素点在每幅光栅图像中的光强； 相位主值计算步骤，根据Ν步相移法计算每个像素点在每种频率光栅下的相位主值 θ (χ, y)； 相位计算步骤，根据每个像素点在Μ种不同频率光栅下的相位主值计算每个像素点的 相位以得到第一相位灰度图及第二相位灰度图，所述第一相位灰度图为第一个摄像机所拍 摄的光栅图像计算得到的相位灰度图，所述第二相位灰度图为第二个摄像机所拍摄的光栅 图像计算得到的相位灰度图； 匹配步骤，匹配第一相位灰度图及第二相位灰度图中的所有像素点以得到所需的图 像。
8. 如权利要求7所述的图像匹配方法，其特征在于，在第m种频率的光栅下，像素点在 第i幅光栅图像中的光强为：
其中a为系数，X，y为像素点在光栅图像中的横、纵坐标，Φπ为第m种光栅的周期数， m和i是大于0的整数，m彡M，i彡N。
9. 如权利要求8所述的图像匹配方法，其特征在于，所述像素点在第m种频率的光栅下 的相位主值：
10. 如权利要求7所述的图像匹配方法，其特征在于，每个像素点的相位为像素点在频 率最大的光栅下的绝对相位。
11. 如权利要求10所述的图像匹配方法，其特征在于，所述Μ种不同频率的光栅按照频 率的大小从小到大依次为频率为λ 1的光栅、频率为λ 2的光栅…及频率为λ μ的光栅，像 素点在频率、频率λ^··及频率λΜ光栅下的相位主值依次为θ^·· ΘΜ; 频率为λ i的光栅的周期数最大，则像素点在频率为λ i光栅下的绝对相位为其相 位主值Θ i ; 所述像素点在频率λ 2光栅下的绝对相位Φ2为像素点在频率λ i光栅 下的绝对相位Φ,
及像素点在频率λ 2光栅下的相位主值叠加得到的，所述 所述像素点在频率为λ Μ的光栅下的绝对相位ΦΜ为像素点在频率为λ η 光栅下的绝对相位Φη及频率为λΜ光栅下的相位主值叠加得到的，所述
的结果取整。
12. 如权利要求7所述的图像匹配方法，其特征在于，所述匹配第一相位灰度图及第二 相位灰度图的步骤包括： 若第一相位灰度图的任意一个像素点的相位为Ρ〇,在第二相位灰度图中找到四个位 置相邻的像素点，且四个像素点的相位分别为PQQ、PQ1、P1Q、Ρ η，满足：PQ>PQ()，PQ〈PQ1，Ρ/Ρκ)， Ρ〇<Ρπ ； 利用双线性插值计算出在第二相位灰度图中与相位为h的像素点相匹配的像素点P' 的坐标； 设相位为ΡΜ的像素点的坐标为（Χ(ι，％)，则与匕相位相匹配的相位P'的像素点坐标 (y)为··
【文档编号】G06T7/00GK104103058SQ201310111037
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月1日 优先权日:2013年4月1日
【发明者】吴新元, 张旨光, 谢鹏 申请人:鸿富锦精密工业（深圳）有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司