[发明专利]三个编码周期的三基色三角形相移三维信息获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维信息获取方法，具体涉及一种三基色编码周期互质且基色等级对称分布的相移结构光采样点三维信息获取技术。

背景技术

数量众多的光学非接触三维信息获取技术被广泛的应用于现代工农业生产过程中，其中结构光技术由于其主动测量原理，采样密度可调，测量精度高等优点被广泛应用于逆向工程、考古、医学、服饰、人体测量等需要恢复物体的三维形状的领域中。结构光技术是利用普通或者激光作为光源，将已知的图案投射到被测物的表面，根据通过成像装置从另一角度获取的图像，利用三角原理获得采样点的三维信息。

结构光技术根据投影图案的不同可以分为单点结构光、单线结构光、多线结构光和编码结构光等。其中单点和单线结构光由于其需要高精度的扫面机械及高精度的定位装置，已经不能引起广大研究者的兴趣。多线结构光由于使用时必须确定条纹对应的问题，也不适用于实际测量中。但编码结构光由于其条纹次序明确，不需考虑其他几何约束的优点已经成为目前该领域的研究热点。编码结构光技术向被测物投射编码图案，测量速度由于不需扫描装置而被大大提高了。在通过预先标定明确系统结构参数的条件下，确定被测物采样点并将其与条纹图像、编码图案对应起来，是编码结构光目前主要的研究问题。

编码结构光根据编码方法可分为时间编码、空间编码和直接编码、三者各具优点。相对于空间编码和直接编码，时间编码具有容易识别、准确度高等优点而具有广阔的应用前景。时间编码又可分为数字编码和连续编码两种技术，连续编码方法具有测量空间编码连续的优点，抗干扰能力强的优点，已经被越来越多研究者所重视。

目前连续编码方法主要分为正弦相移编码法和强度比编码法。正弦相移编码法具有采样密度高，在单独一个周期内，相位值连续且唯一，但是在多周编码中存在着周期数判定不准确，容易产生多义性，且该技术涉及大量的正切及反正切计算，计算量大，这些缺点限制了该技术的应用范围。强度比法恰恰弥补了正弦相移法计算量大的缺点。该技术利用线性变化光照下每一像素值与持续光照下像素值的比率，即强度比，替代正弦相位法中的相位值，具有速度快，计算量小的优点，但该技术不可避免的存在着解包裹时，采样点不唯一的问题。

大衍求一术被引入到连续正弦编码结构光解码中，目前编码方法采用两个编码频率对被测物进行采样，解码时除了求解同余方程外，还需要查询事先标定好的误差表进行修正，这类技术的采样精度没有明显的提高。

三周期正弦编码法也被用来进行正弦相移的解包裹算法，但是该方法不可避免正弦相移方法中计算量大，且投射编码图案众多的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高相移编码结构光测量范围，减小测量误差，提高测量精度，克服被测物表面反射率不一致和环境光对测量影响的三个编码周期的三基色三角形相移三维信息获取方法。

本发明的目的通过以下的步骤实现：

(1) 选择编码周期，制作编码图案。根据投射源及测量范围在三个基色空间上分别确定彼此互质的编码周期。编码图案是由投射源投射到被测物体表面的主动信息，是由在编码图案上，按X和Y方向顺序排列的编码点的基色等级构成。根据投射源与条纹图像获取装的几何位置确定编码方向，在另一个方向上是编码方向上编码点基色等级的重复。编码周期是指编码点的基色等级从某一个基色值历过基色值最高、基色值最低，且将此基色等级重复三次时，沿编码方向上编码点的总数。在一个周期内，基色等级的编码是线性的，并且关于1/2周期点对称。为了提高编码图像的解码时抗干扰能力和测量精度，对于一个基色空间采用相同的编码周期，制作三幅沿着编码方向依次仅移动1/3周期的编码图案，总计3幅基于三基色编码的彩色相移编码图案。

依次将3幅彩色编码相移图案经由投射源投影到被测物体表面，平面的编码图案受到被测物体表面三维信息的调制，产生变形，利用条纹图像获取装置，获取包含有被测物体及变形编码图案的3幅彩色条纹图像。

对同一个采样点的三幅同一基色内的基色数据进行处理，计算得到采样点在此基色空间内对应于编码图案的相对编码点，得到采样点在该及色空间内的余数方程。针对同一采样点在其余2个不同基色空间的其余幅条纹图像进行相同处理，总计得到3个余数方程，联立得到采样点对应绝对编码点的同余方程，采用大衍求一术确定同余方程的乘率，进而等到该同余方程的解，即采样点对应的绝对编码点，进而获得采样点对应的投影角度。