[发明专利]基于条纹投影轮廓术的高效相位-三维映射方法及系统

说明书

本发明适用于光学三维数字成像技术领域，提供了一种基于条纹投影轮廓术的高效相位‑三维映射方法，所述条纹投影轮廓术基于双目系统，双目系统包括投影装置和成像装置，方法包括：步骤S1，利用投影装置投影条纹序列到待测物体表面，并利用成像装置采集受待测物体表面调制的变形条纹图，根据所述变形条纹图计算得到成像装置图像上所有像素点的相位；步骤S2，在预置的相位‑三维映射系数查找表中查找出每一个像素点对应的相位‑三维映射系数，并将每一个像素点的所述相位和对应的相位‑三维映射系数代入相位‑三维映射函数，从而计算出成像装置图像上每一个像素点对应的物点的三维坐标。本发明提供的方法可实现条纹投影轮廓术的高效三维重建。

技术领域

本发明属于光学三维数字成像技术领域，尤其涉及一种基于条纹投影轮廓术的高效相位-三维映射方法及系统。

背景技术

条纹投影轮廓术是一种非接触式、全场测量的光学三维数字成像与测量方法；其基于一个双目系统，双目系统通常包括一个相机和一个投影机，其中，投影机投影一组正弦条纹序列到被测物体表面，相机采集受物体表面调制的变形条纹图；通过条纹分析技术获取变形条纹图的调制相位，通过场景重建方法从调制相位中恢复被测物体的三维形貌。

有两种典型的基于条纹投影轮廓术的三维重建方法：相位-高度映射法和立体视觉法；其中，相位-高度映射法根据相位与高度的调制原理将相位直接映射为高度，实现高效三维重建。然而，在实际应用中相位-高度映射法存在一些限制，诸如相机或投影机的光轴需垂直于参考平面，相机和投影机中心的连线平行于参考平面，参考平面限制了测量空间等。此外，相位-高度映射法的标定通常需要使用精密位移平台或量块获取精确的高度值，不适合现场标定。

而立体视觉法是根据三角测量原理进行三维重建。相较而言，由于采用双目系统结构，立体视觉法克服了在相位-高度映射法中的那些应用限制；而且立体视觉法的标定过程更加灵活，只需将标靶放置在测量空间中合适的位置即可完成系统标定。然而，在重建过程中，立体视觉法需要进行一系列的坐标变换，特别是搜索相机与投影机之间的对应点，大大增加了计算复杂度和时间成本，显著降低了三维重建的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于条纹投影轮廓术的高效相位-三维映射方法及系统，旨在将相位直接映射到空间点的三维坐标，进而实现待测物体的高效三维重建。

本发明提供了一种基于条纹投影轮廓术的高效相位-三维映射方法，所述条纹投影轮廓术基于双目系统，所述双目系统包括投影装置和成像装置，所述方法包括：

步骤S1，利用投影装置投影条纹序列到待测物体表面，并利用成像装置采集受所述待测物体表面调制的变形条纹图，根据所述变形条纹图计算得到成像装置图像上所有像素点的相位；

步骤S2，在预置的相位-三维映射系数查找表中查找出每一个像素点对应的相位-三维映射系数，并将每一个像素点的所述相位和对应的相位-三维映射系数代入预置的相位-三维映射函数，从而计算出成像装置图像上每一个像素点对应的物点的三维坐标。

进一步地，所述相位-三维映射函数为：