一种基于结构光的3D量测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于结构光的3D量测方法与系统，其方法包括：构建N幅编码图像，编码图像中同一横坐标的条纹光强值相同，N幅编码图像在横坐标x

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构光的3D量测方法与系统


[0001]本专利技术属于光学测量领域，更具体地，涉及一种基于结构光的3D量测方法与系统。

技术介绍

[0002]条纹投影结构光测量方法是由相机、投影仪和计算机组成测量系统，采用投影仪主动投射正弦条纹图像到被测物体表面，然后使用相机采集投射在被测物体表面的相应投影图像，通过计算投影仪与相机的像素匹配关系，计算3D物体的坐标。目前，一般需要用投影仪向目标投影正弦条纹，用摄像头采集投影条纹图像，并对图像中的每一个点的相位进行计算，并做相位展开。由于涉及相位的计算，具有相位不确定性，且正弦条纹容易产生畸变，其测量结果并不准确。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于结构光的3D量测方法与系统，其目的在于提高3D量测结果的准确度。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于结构光的3D量测方法，其包括：
[0005]构建N幅编码图像，N≥2，所述编码图像为条纹图像，编码图像中同一横坐标的条纹光强值相同，第i幅编码图像在横坐标x
m
处的光强值为f
i
(x
m
)，N幅编码图像在横坐标x
m
处的N个光强值组成N维参考向量,每个N维参考向量能确定一个唯一的横坐标x
m
；
[0006]用N幅编码图像投影物体，分别获得N幅投影图像；
[0007]获取每一投影图像的在同一像素坐标的光强值,第i幅投影图像在像素坐标(x
n
,y
n
)处的光强值为f
i
(x
n,
y
n
)，N幅投影图像在像素坐标(x
n
,y
n
)处的N个光强值组成N维投影向量；
[0008]对于每个像素坐标(x
n
,y
n
)，选出与N维投影向量最接近的N维参考向量，获取与N维参考向量对应的横坐标x
m
，计算光束条纹在x轴方向的扭曲距离s＝x
n
‑
x
m
，根据光束条纹的扭曲程度得到3D物体的深度信息。
[0009]优选地，N＝4。
[0010]优选地，组成N维参考向量，包括，对N个光强值进行归一化处理，得到参考单位向量；
[0011]组成N维投影向量，包括，N个光强值进行归一化处理，得到投影单位向量。
[0012]优选地，用N幅编码图像投影物体，分别获得N幅投影图像，包括，通过彩色投影仪将N幅编码图像输入不同的颜色通道并同时投影3D物体，通过彩色摄像机传感器同时采集对应的投影图像。
[0013]优选地，利用N幅编码图像投影平板，分别获取N幅投影参考图像，以投影参考图像的坐标和光强值作为所述编码图像的坐标与光强值。
[0014]优选地，构建N幅编码图像时，每幅编码图像的光强与横坐标的函数f(x)曲线是平
滑连续的，不存在跳变。
[0015]优选地，绘制N维参考向量的末端在N维空间的轨迹图，所示N幅编码图像使轨迹图满足两个不相邻的横坐标对应的N维参考向量的末端的距离超过预设距离。
[0016]优选地，选出与N维投影向量最接近的N维参考向量，包括，计算N维投影向量末端与各N维参考向量末端之间的距离，以距离最小的N维参考向量作为与N维投影向量最接近的N维参考向量；或对比N维投影向量或N维参考向量的相似度，以相似度最高的N维参考向量作为与N维投影向量最接近的N维参考向量。
[0017]优选地，根据光束条纹的扭曲程度得到3D物体的深度信息，包括：通过利用编码图像投影已知3D物体，获取投影图像并计算扭曲距离，根据扭曲距离和已知3D物体的深度获取扭曲距离与3D物体深度的对应关系，根据未知3D物体的扭曲距离和对应关系计算未知3D物体的深度信息。
[0018]按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于结构光的3D量测系统，其包括：
[0019]编码图像构建模块，用于构建N幅编码图像，所述编码图像为条纹图像，编码图像中同一横坐标的条纹光强值相同，第i幅编码图像在横坐标x
m
处的光强值为f
i
(x
m
)，N幅编码图像在横坐标x
m
处的N个光强值组成N维参考向量,每个N维参考向量能确定一个唯一的横坐标x
m
；
[0020]投影模块，用于将N幅编码图像投影物体；
[0021]投影图像获取模块，用于获得对应N幅编码图像的N幅投影图像；
[0022]投影向量组件模块：用于获取每一投影图像的在同一像素坐标的光强值,第i幅投影图像在像素坐标(x
n
,y
n
)处的光强值为f
i
(x
n,
y
n
)，N幅投影图像在像素坐标(x
n
,y
n
)处的N个光强值组成N维投影向量；
[0023]深度信息计算模块，用于对于每个像素坐标(x
n
,y
n
)，选出与N维投影向量最接近的N维参考向量，获取与N维参考向量对应的横坐标x
m
，计算光束条纹在x轴方向的扭曲距离s＝x
n
‑
x
m
，根据光束条纹的扭曲程度得到3D物体的深度信息。
[0024]总体而言，与现有技术相比，由于本申请中构建特定的N幅编码图像，N幅编码图像在同一横坐标处的N个光强值形成对应于该横坐标的N维参考向量，所构建的N幅编码图像满足，每个N维参考向量与每个横坐标一一对应，且每个N维参考向量能确定一个唯一的横坐标。用上述特定的N幅编码图像投影未知3D物体，条纹光束会在3D物体处发生扭曲，因此，只需计算出各像素的扭曲程度，便能测量出3D物体的深度信息。在本申请中，在获取到N幅投影图像后，提取每个像素位置的光强值，组成对应于该像素坐标的N维投影向量，由于光束发生扭曲是光束的投影坐标朝x轴方向发生偏移，例如在没有物体阻挡时，某一光束的投影像素坐标为(x
m
,y
n
)，在有物体阻挡时，该同一光束的投影像素坐标偏移至(x
n
,y
n
),光束本身的光信号基本不变，并且同一光束对应地投影向量与参考向量基本相同。通过对比N维投影向量和N维参考向量，两者相接近时说明是同一光束，确定同一光束后，N维参考向量对应的横坐标x
m
是该光束在无物体阻挡时的投影坐标，N维投影向量对应的横坐标x
n
是该光束在有物体阻挡时的扭曲后的坐标，由此可以计算出光束的扭曲程度，根据光束条纹的扭曲程度得到3D物体的深度信息。通过以上方法进行3D量测，不需要使用正弦条纹，不涉及相位展开，因此不存在相位展开的不确定性问题，也不存在传统方法中的正弦条纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光的3D量测方法，其特征在于，包括：构建N幅编码图像，N≥2，所述编码图像为条纹图像，编码图像中同一横坐标的条纹光强值相同，第i幅编码图像在横坐标x
m
处的光强值为f
i
(x
m
)，N幅编码图像在横坐标x
m
处的N个光强值组成N维参考向量，每个N维参考向量能确定一个唯一的横坐标x
m
；用N幅编码图像投影物体，分别获得N幅投影图像；获取每一投影图像的在同一像素坐标的光强值，第i幅投影图像在像素坐标(x
n
，y
n
)处的光强值为f
i
(x
n
，y
n
)，N幅投影图像在像素坐标(x
n
，y
n
)处的N个光强值组成N维投影向量；对于每个像素坐标(x
n
，y
n
)，选出与N维投影向量最接近的N维参考向量，获取与N维参考向量对应的横坐标x
m
，计算光束条纹在x轴方向的扭曲距离s＝x
n
‑
x
m
，根据光束条纹的扭曲程度得到3D物体的深度信息。2.如权利要求1所述的基于结构光的3D量测方法，其特征在于，N＝4。3.如权利要求1所述的基于结构光的3D量测方法，其特征在于，组成N维参考向量，包括，对N个光强值进行归一化处理，得到参考单位向量；组成N维投影向量，包括，对N个光强值进行归一化处理，得到投影单位向量。4.如权利要求1所述的基于结构光的3D量测方法，其特征在于，用N幅编码图像投影物体，分别获得N幅投影图像，包括，通过彩色投影仪在将N幅编码图像输入不同的颜色通道并同时投影3D物体，通过彩色摄像机传感器同时采集对应的投影图像。5.如权利要求1所述的基于结构光的3D量测方法，其特征在于，利用N幅编码图像投影平板，分别获取N幅投影参考图像，以投影参考图像的坐标和光强值作为所述编码图像的坐标与光强值。6.如权利要求1所述的基于结构光的3D量测方法，其特征在于，构建N幅编码图像时，每幅编码图像的光强与横坐标的函数f(x)曲线是平滑连续的，不存在跳变。7.如权利要求1所述的基于结构光的3D量测方法，其特征在于，绘制N维参考向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，马冬林，牛显鹏，朱正波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：