三维形貌的测量方法、测量系统及建立深度信息标定表的方法技术方案

本发明专利技术提供一种三维形貌的测量方法，包括：S11：向被测物体投射随机分布的多个散斑图案；S12：依次采集多帧被测物体上的变形散斑图案；S13：确定被测物体上的每一空间点在多帧变形散斑图案中的强度时序变化序列；S14：将每一空间点的强度时序变化序列与深度信息标定表中的强度时序变化分布进行相关运算，其中深度信息标定表根据多个散斑图案在多个不同深度平面上的投射图案而构建；和S15：确定与每一空间点相关系数最高的匹配点，基于各匹配点的深度构建被测物体的三维形貌。本发明专利技术将被测物体上每一空间点在时序上进行相关操作，有效保留被测物体的空间高频信息，适用于复杂物体的测量；同时，采用高速机械旋转散斑投影系统可以实现低成本的快速三维重建。实现低成本的快速三维重建。实现低成本的快速三维重建。

【技术实现步骤摘要】
三维形貌的测量方法、测量系统及建立深度信息标定表的方法


[0001]本公开涉及三维重建
，尤其涉及一种三维形貌的测量方法、一种建立深度信息标定表的方法、一种三维形貌的测量系统以及一种计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]基于数字散斑相关的三维形貌重建方法可以解决传统立体匹配方法中由于被测表面缺少纹理细节和周期重复性特征等参考信息，导致立体匹配困难、存在大量误匹配、无法正确重建出被测物体的三维面形的难题，从而进一步扩大此类方法的应用范围。
[0003]散斑相关计算的精度是决定测量系统精度的核心因素。目前常用的散斑相关方式主要分为空间相关和时间相关两类。其中空间相关是利用左右两个相机同时拍摄变形散斑图案，然后通过相关运算匹配空间中左右散斑图中的子区域来进行匹配点查找，但此类方式当被测物体比较复杂时，其精度较低。这是因为空间相关的窗口大小难以自动选取，对不同的被测物体，不同相关子窗口大小会对相关精度影响较大，相关子窗口选取过大会导致相关峰值平滑，选取过小则伪峰较多不利于峰值定位，这样导致空间数字散斑相关方法的精度难以满足某些复杂物体和高精度的三维面形测量需求，也就大大限制了数字散斑相关方法的应用范围。
[0004]因此，为了避免数字散斑空间相关方法中相关子窗口大小选取带来的问题，有学者提出在时间上进行相关运算用于立体匹配。数字散斑时间相关方法是直接在时间轴上进行相关运算得到匹配点，提高了立体匹配的精度，但目前此类方法需要在时序上构建快速变换的散斑投影图案，同时还需要左右两个相机完成对应空间点的匹配，投影速度的提升和相机数目的增加会大大提高测量系统的成本。
[0005]
技术介绍
部分的内容仅仅是公开专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术的一个或多个缺陷，本专利技术设计一种三维形貌的测量方法，包括：
[0007]S11：向被测物体投射随机分布的多个散斑图案；
[0008]S12：依次采集多帧被测物体上的变形散斑图案；
[0009]S13：确定所述被测物体上的每一空间点在所述多帧变形散斑图案中的强度时序变化序列；
[0010]S14：将每一空间点的强度时序变化序列与深度信息标定表中的强度时序变化分布进行相关运算，其中所述深度信息标定表根据所述多个散斑图案在多个不同深度平面上的投射图案而构建；和
[0011]S15：确定与所述每一空间点相关系数最高的匹配点，基于各匹配点的深度构建所述被测物体的三维形貌。
[0012]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S11包括：通过旋转投影装置向被测物体投射随机分布的多个散斑图案，其中所述旋转投影装置包括光源、散斑盘片、电机和投影镜头，其中所述电机驱动所述散斑盘片旋转，所述光源将光束照射到所述散斑盘片上的不同位置，并经过投影镜头，向被测物体投射多个散斑图案。
[0013]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S12包括：通过仅一个相机依次采集多帧被测物体上的变形散斑图案。
[0014]根据本专利技术的一个方面，还包括：通过以下方式构建所述深度信息标定表：
[0015]S21：向标准平面投射随机分布的散斑图案；
[0016]S22：依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；
[0017]S23：将所述标准平面在深度方向上移动第一距离，依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；
[0018]S24：重复步骤S23，直至将所述标准平面移动到预设深度；
[0019]S25：基于多个深度平面的多帧变形散斑图案，建立空间各点的强度时序变化分布的深度信息标定表。
[0020]根据本专利技术的一个方面，其中所述散斑图案为局域和全域位置随机结合的散斑场。
[0021]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S12还包括：确定采集的多帧变形散斑图案与投射的散斑图案的时序对应关系或对应帧起始位置。
[0022]根据本专利技术的一个方面，其中所述强度时序变化序列包括被测物体上的每一空间点在每一帧变形散斑图案中对应的像素点的灰度值的序列。
[0023]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S14包括：根据所述被测物体上的每一空间点在每一帧变形散斑图案中对应的像素点的灰度值，确定该像素点在多帧变形散斑图案中的时间序列上变化的灰度值；将每一空间点对应的像素点的灰度值以及时间序列上变化的灰度值，与深度信息标定表中有对应关系的各像素点的灰度值以及时间序列上变化的灰度值，进行相关运算。
[0024]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S15包括：确定与所述每一空间点的时序相关系数最高的匹配点所在的深度平面，基于各深度平面的深度信息构建所述被测物体的三维形貌。
[0025]本专利技术还设计一种建立深度信息标定表的方法，包括：
[0026]S21：向标准平面投射随机分布的散斑图案；
[0027]S22：依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；
[0028]S23：将所述标准平面在深度方向上移动第一距离，依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；
[0029]S24：重复步骤S23，直至将所述标准平面移动到预设深度；和
[0030]S25：基于多个深度平面的多帧变形散斑图案，建立各像素点的强度时序变化分布的深度信息标定表。
[0031]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S21包括：通过旋转投影装置向被测物体投射随机分布的多个散斑图案，其中所述旋转投影装置包括光源、散斑盘片和电机，其中所述电机驱动所述散斑盘片旋转，所述光源将光束照射到所述散斑盘片上的不同位置，向被测
物体投射多个散斑图案。
[0032]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S22包括：通过仅一个相机依次采集多帧被测物体上的变形散斑图案。
[0033]根据本专利技术的一个方面，其中所述散斑图案为局域和全域位置随机结合散斑场。
[0034]根据本专利技术的一个方面，其中所述步骤S22还包括：确定采集的多帧变形散斑图案与投射的散斑图案的时序对应关系或对应帧起始位置。
[0035]根据本专利技术的一个方面，其中所述深度信息标定表包括所述标准平面上空间各点在多个深度平面的每一帧变形散斑图案中对应的像素点的灰度值，以及该像素点在多帧变形散斑图案中的时间序列上变化的灰度值。
[0036]本专利技术还设计一种三维形貌的测量系统，包括：
[0037]旋转投影装置，配置为投射随机分布的散斑图案；
[0038]图像采集装置，配置为采集图案；和
[0039]控制装置，配置成控制所述旋转投影装置和图像采集装置，共同地执行如上所述的测量方法以构建被测物体的三维形貌。
[0040]根据本专利技术的一个方面，其中所述图像采集装置包括仅一个相机。
[0041]根据本专利技术的一个方面，其中所述随机分布的散斑图案为局域和全域位置随机结合散斑场。
[0042]根据本专利技术的一个方面，还包括：
[0043]标准平面；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维形貌的测量方法，包括：S11：向被测物体投射随机分布的多个散斑图案；S12：依次采集多帧被测物体上的变形散斑图案；S13：确定所述被测物体上的每一空间点在所述多帧变形散斑图案中的强度时序变化序列；S14：将每一空间点的强度时序变化序列与深度信息标定表中的强度时序变化分布进行相关运算，其中所述深度信息标定表根据所述多个散斑图案在多个不同深度平面上的投射图案而构建；和S15：确定与所述每一空间点相关系数最高的匹配点，基于各匹配点的深度构建所述被测物体的三维形貌。2.根据权利要求1所述的测量方法，其中所述步骤S11包括：通过旋转投影装置向被测物体投射随机分布的多个散斑图案，其中所述旋转投影装置包括光源、散斑盘片、电机和投影镜头，其中所述电机驱动所述散斑盘片旋转，所述光源将光束照射到所述散斑盘片上的不同位置，并经过投影镜头，向被测物体投射多个散斑图案。3.根据权利要求1所述的测量方法，其中所述步骤S12包括：通过仅一个相机依次采集多帧被测物体上的变形散斑图案。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的测量方法，还包括：通过以下方式构建所述深度信息标定表：S21：向标准平面投射随机分布的散斑图案；S22：依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；S23：将所述标准平面在深度方向上移动第一距离，依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；S24：重复步骤S23，直至将所述标准平面移动到预设深度；S25：基于多个深度平面的多帧变形散斑图案，建立空间各点的强度时序变化分布的深度信息标定表。5.根据权利要求1
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3中任一项所述的测量方法，其中所述散斑图案为局域和全域位置随机结合的散斑场。6.根据权利要求1
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3中任一项所述的测量方法，其中所述步骤S12还包括：确定采集的多帧变形散斑图案与投射的散斑图案的时序对应关系或对应帧起始位置。7.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的测量方法，其中所述强度时序变化序列包括被测物体上的每一空间点在每一帧变形散斑图案中对应的像素点的灰度值的序列。8.根据权利要求7所述的测量方法，其中所述步骤S14包括：根据所述被测物体上的每一空间点在每一帧变形散斑图案中对应的像素点的灰度值，确定该像素点在多帧变形散斑图案中的时间序列上变化的灰度值；将每一空间点对应的像素点的灰度值以及时间序列上变化的灰度值，与深度信息标定表中有对应关系的各像素点的灰度值以及时间序列上变化的灰度值，进行相关运算。9.根据权利要求7所述的测量方法，其中所述步骤S15包括：确定与所述每一空间点的时序相关系数最高的匹配点所在的深度平面，基于各深度平面的深度信息构建所述被测物体的三维形貌。
10.一种建立深度信息标定表的方法，包括：S21：向标准平面投射随机分布的散斑图案；S22：依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；S23：将所述标准平面在深度方向上移动第一距离，依次采集多帧标准平面上的变形散斑图案；S24：重复步骤S23，直至将所述标准平面移动到预设深度；和S25：基于多个深度平面的多帧变形散斑图案，建立空间各点的强度时序变化分布的深度信息标定表。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述步骤S21包括：通过旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾吉勇，邓彬全，张启灿，龚礼宗，曾昊杰，吴周杰，郭文博，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：