结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪及重建方法技术

本发明专利技术公开了一种结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪及重建方法，属于三维重建技术领域。所提出的结构光编码方法包括生成第一图案，反码操作得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；得到第一图像序列；生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案；去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，反码操作，得到对应的格雷码反码图案；得到第二图像序列；由第一图像序列、第二图像序列得到第三图像序列。本发明专利技术能够高效准确地对结构光进行编码，从而对口腔等物体进行高效准确的三维重建。行高效准确的三维重建。行高效准确的三维重建。

【技术实现步骤摘要】
结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪及重建方法


[0001]本专利技术属于三维重建
，具体涉及一种结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪以及口腔三维重建方法。

技术介绍

[0002]基于结构光的双目立体重建方法是通过主动投射经调制的光源，被双目系统拍摄后，利用三角测量原理获得三维数据的方法，该方法具有精度高、重建速度快等优点，因而被广泛应用在口腔扫描、3C电子重建等领域。
[0003]对于基于结构光的三维重建技术而言，结构光的编码方式非常重要。常用的结构光编码方法分为时间编码和空间编码。时间编码是在时间维度上一系列编码图案，这种方式在测量过程中，将一系列编码图案按照一定次序连续的投射到物体表面，这种编码方法具有很高的测量精度，而且易于实现，但时间编码方式由于要投影并采集多张图片，因此对于动态场景并不友好，该方法适用于静止场景的三维测量。空间编码是一张编码图案，每一点的编码方案由其邻域内的信息提供，该编码方法在测量过程中单次仅需投射和采集一张图案，因而采集速度快，比较适合实时动态场景的测量。但编码图案数量的减少也增加了图像的复杂程度，图像内某一点的坐标会受空间邻域内特征点的影响，因此空间编码方法具有抗干扰能力差、解码复杂、分辨率低、测量准确度低的缺点。
[0004]在牙齿正畸领域，通常会利用口腔扫描仪对口腔进行三维测量，以获得口腔三维模型。然而，由于口内牙釉质的材质透明度略高，一般的可见光投射到牙齿上，反射回的光强偏低，导致解码过程中误差较大；另一方面，由于口腔的特殊结构，需要口腔扫描仪深入到口腔内部进行动态扫描，也同样造成了误差的累计，从而导致三维测量的不准确，以至于最终不能保证口腔三维重建的精度。

技术实现思路

[0005]为了能够对口腔等物体进行准确三维重建，本专利技术提供一种结构光编码方法，并基于所提供的结构光编码方法，进一步提供一种物体三维重建方法、口腔扫描仪以及口腔三维重建方法。
[0006]针对上述目的，本专利技术第一方面提供一种结构光编码方法，包括：
[0007]生成第一图案，对所述第一图案执行反码操作，得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；将所述第一图案和第一反码图案均按行左移或右移0.5倍的第一图案条纹宽度，得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；
[0008]将第一图案、第一反码图案、第一移动图案、第一移动反码图案顺序排列，得到第一图像序列；
[0009]生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案，所述第一系列的格雷码编码图案的张数根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定；
[0010]去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码
图案，对第二系列的格雷码编码图案执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案；
[0011]将第二系列的格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列；
[0012]将第一图像序列、第二图像序列依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列。
[0013]在一实施例中，所述结构光编码方法还包括：根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定第一系列的格雷码编码图案的张数，包括如下步骤：
[0014]根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度计算第一图案中的条纹数量；
[0015]根据第一图案中的条纹数量确定第一系列的格雷码编码图案的张数。
[0016]在一实施例中，生成第一系列的格雷码编码图案方法包括：根据二进制转格雷码的编码规则，二进制与格雷码的最高位一致，最高位与次高位异或得到格雷码的次高位，按照规则，依次生成格雷码码字，对应的生成第一系列格雷码编码的黑白条纹图案。
[0017]本专利技术第二方面，提供三维重建的方法，其特征在于，包括：
[0018]编码操作，利用上述任一结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列，所述第三图像序列在进行编号时，格雷码编码图案编号在偶数位，对应的格雷码反码图案编号在奇数位；
[0019]将第三图像序列投射于目标物表面，并目标物反射的图像进行采集；
[0020]对采集的图像进行解码操作；所述解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；
[0021]根据解码后的信息，进行物体三维重建。
[0022]在一实施例中，所述解码操作还包括：
[0023]在格雷码转换时，判断图片中间位置是否出现条纹0，当出现条纹0时，在其右侧所有条纹编号相应加0.5倍的第一系列的格雷码编码图案的张数。
[0024]在一实施例中，所述对所有编号为偶数的图像作二值化处理的方法为：
[0025]在像素坐标(i，j)处，灰度值分别为G1和G2，若G1>G2，则解码为1，否则解码为0。
[0026]在一实施例中，根据解码后的信息，进行物体三维重建的方法是：根据三角测量原理，完成物体三维重建。
[0027]本专利技术第三方面，提供一种口腔扫描仪，包括：
[0028]处理模块，用于对结构光进行编码、解码及完成对口腔感兴趣的区域的重建，进行编码时采用上述任一结构光编码方法，得到第三图像序列；
[0029]投影模块，用于将第三图像序列投射在口腔感兴趣的区域；
[0030]采集模块，用于采集口腔感兴趣的区域反射的图像，并发送给处理模块，进行解码；
[0031]处理模块进行解码后，完成口腔感兴趣的区域的三维重建。
[0032]在一实施例中，所述采集模块为双目相机或两个相机。
[0033]本专利技术第四方面提供一种口腔重建方法，包括：
[0034]手持口腔扫描仪对准口腔中感兴趣的区域；
[0035]处理模块执行编码操作，采用所提出的结构光编码方法对结构光进行编码，得到
第三图像序列；
[0036]投影模块将第三图像序列投射于口腔中感兴趣的区域，并由采集模块对反射的图像进行采集，并将采集的图像回传给处理装置；
[0037]处理模块对回传的图像进行解码操作，解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；
[0038]基于解码后数据，根据三角测量原理，完成口腔三维重建。
[0039]本专利技术实施例中所提出的结构光编码方法，采用格雷码编码图案与黑白条纹图案组合编码的方式，一方面利用格雷码编码，可以降低牙齿等反射回的光强偏低导致的解码过程中误差较大的问题；另一方面，采用格雷码编码图案与黑白条纹图案组合编码的方式，减少了格雷码编码图案的数量，从而缩短投影时间，缓解实时性压力，较少动态误差，既能保证高精度的要求，又能高效率的实时重建口腔中牙齿等目标物。所提出的物体三维重建方法、口腔扫描仪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构光编码方法，其特征在于，包括：生成第一图案，对所述第一图案执行反码操作，得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；将所述第一图案和第一反码图案均按行左移或右移0.5倍的第一图案的条纹宽度，得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；将第一图案、第一反码图案、第一移动图案、第一移动反码图案依次排列，得到第一图像序列；生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案，所述第一系列的格雷码编码图案的张数根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定；去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，对第二系列的格雷码编码图案执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案；将第二系列的格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列；将第一图像序列、第二图像序列依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列。2.根据权利要求1所述的结构光编码方法，其特征在于，所述结构光编码方法还包括：根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定第一系列的格雷码编码图案的张数，包括如下步骤：根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度计算第一图案中的条纹数量；根据第一图案中的条纹数量确定第一系列的格雷码编码图案的张数。3.根据权利要求2所述的结构光编码方法，其特征在于，生成第一系列的格雷码编码图案方法包括：根据二进制转格雷码的编码规则，二进制与格雷码的最高位一致，最高位与次高位异或得到格雷码的次高位，按照规则，依次生成格雷码码字，对应的生成第一系列格雷码编码的黑白条纹图案。4.一种三维重建的方法，其特征在于，包括：编码操作，利用权利要求1
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3任一项所述的结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列，所述第三图像序列在进行编号时，格雷码编码图案编号在偶数位，对应的格雷码反码图案编号在奇数位；将第三图像序列投射于目标物表面，并对目标物反射的图像进行采集；对采集的图像进行解码操作；所述解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大鹏，郑燕芳，李芹，钱伟，石爱军，
申请(专利权)人：上海微云实业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：