[发明专利]基于相位映射的折叠相位三维数字成像方法及装置

说明书

本发明适用于光学三维数字成像技术领域，提供了一种基于相位映射的折叠相位三维数字成像方法及装置，包括：采集包含被测物体信息的图像，并根据图像计算两个成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值；利用第一成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值和预置的第一标定数据，用相位映射计算出每个像素点相对应的n个候选空间三维点坐标；将n个候选空间三维点重投影到第二成像装置成像平面上，得到n个候选投影点，并插值出候选投影点的折叠相位值；以第一成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值和与之对应的n个候选投影点的折叠相位值为依据，从候选空间三维点中筛选出正确的空间三维点，实现三维数字重建；本发明提供的方法缩短了三维重建时间。

技术领域

本发明属于光学三维数字成像技术领域，尤其涉及一种基于相位映射的折叠相位三维数字成像方法及装置。

背景技术

三目三维成像系统是一种非接触式、全场测量的光学三维数字成像系统。该系统采用投影装置投影一组正弦光栅或准正弦光栅到物体表面，采用成像装置采集经物体表面面形调制后的条纹图，结合相移技术计算每一测量点的空间折叠相位值，之后直接利用折叠相位信息计算得到物体表面的三维信息。三目三维成像系统由于其高成像密度、高成像速度、高测量精度和高测量普适性而得到广泛应用。

随着三维成像和测量技术的快速发展，缩短测量时间和提高测量精度成为目前主要的研究方向。三维成像和测量过程主要包括:被测物体信息采集和信息处理两个过程。

被测物体信息采集过程主要指：投影装置投射一组正弦或准正弦条纹光到被测物体表面，并利用成像装置采集经被测物体表面调制后的条纹图。为了缩短该过程的测量时间，最有效的方法为减少投影和采集图像的数量。现有的利用相位三维成像技术在采集过程中通常投射一系列正弦条纹图和相对应的格雷码图或投射一系列正弦条纹图和散斑图，以上两个过程都需要投射除正弦条纹图以外的图像序列，这样明显会增加采集图像的数量，延长系统采集信息的时间。

信息处理过程主要指：利用采集到的被测物体的信息通过计算重建被测物体的三维信息。现有的重建三维信息技术主要是利用立体视觉的方法根据三角测量原理进行三维重建，该方法需要搜索两个成像装置之间的对应点，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

本发明提供一种基于相位映射的折叠相位三维数字成像方法及装置，旨在解决投影采集和三维重建的整个过程中处理速度较慢，耗时较长的问题。

本发明提供了一种基于相位映射的折叠相位三维数字成像方法，所述三维数字成像方法应用于三维成像系统，所述三维成像系统包括：第一成像装置、投影装置和第二成像装置，所述第一成像装置和所述第二成像装置位于所述投影装置的两侧，所述三维数字成像方法包括：

步骤S1，利用所述投影装置投影正弦条纹序列到被测物体表面，并利用所述第一成像装置采集包含被测物体信息的图像，根据所述图像计算第一成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值φ_l，得到由所述第一成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值φ_l组成的第一折叠相位分布图；并利用所述第二成像装置采集包含被测物体信息的图像，根据所述图像计算第二成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值φ_r，得到由所述第二成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值φ_r组成的第二折叠相位分布图；

步骤S2，利用所述第一成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值φ_l和预置的第一标定数据，用相位映射计算出每个像素点相对应的n个候选空间三维点的坐标；

步骤S3，利用预置的第二标定数据将所述第一成像装置成像平面上的每个像素点的n个候选空间三维点重投影到所述第二成像装置成像平面上，得到n个与所述候选空间三维点一一对应的候选投影点，并利用所述第二成像装置成像平面上每个像素点的折叠相位值φ_r插值出所述候选投影点的折叠相位值；