[发明专利]一种高适应性的彩色物体三维重建方法

说明书

本发明涉及一种高适应性的彩色物体三维重建方法，其特征在于：相机和投影仪固定在三脚支架上，并通过电缆将相机与计算机进行连接，通过电缆将投影仪与计算机进行连接；利用计算机生成一幅彩色编码结构光图案，并进行多源时序化分层处理，接着对多源时序化分层图案进行解码处理，组合得到调制的单幅彩色编码结构光图案，接着利用条纹匹配方法实现对编码特征点的匹配，最后利用三角测量方法实现编码特征点的三维深度信息值解算。实现类似单幅彩色编码结构光实现过程，而且在一定程度上减少了投影仪投射的编码图案数量。

技术领域

本发明涉及一种高适应性的彩色物体三维重建方法，属于计算机视觉技术领域。

背景技术

结构光三维重建方法是一种利用投影仪和相机实现的主动式三维测量技术，其通过投影仪投射事先设计的编码图案到待测物体表面上，由于待测物体表面几何拓扑结构对投影仪投射的图案产生调制变形，此时利用相机对调制图案进行采集，再结合相应的解码方法以及系统参数，即可确定待测物体表面上的点在空间中的深度信息值。通过结构光三维重建技术能够对物体进行高精度重建、无接触测量，其已经成为目前的三维自由曲面测量的重要方法之一。目前随着虚拟现实技术的快速发展，结构光三维重建技术为3D打印、体感交互设备、三维影视模型构造等许多行业都提供了技术支持。

随着三维重建技术的快速发展，国内外研究学者针对结构三维重建技术进行了一系列研究，其中Inokuchi等人考虑到格雷码凭借着发射特性使得相邻码字在解码过程中出错率低，为此提出了通过将二值编码方法结合格雷码方法进行编码图案设计；随后，Caspi等人对其方法进行了相应改进，提出了多值格雷码方法，虽然其在一定程度上减少了投射编码图案的数量，但是编码图案相对而言还是较多；为此Boyer等人提出了一种利用黑色条纹对三原色条纹(红色条纹、绿色条纹、蓝色条纹)的组合编码图案进行隔离，从而实现具有单幅编码图案，虽然该方法能够快速重建待测物体，但是却存在着解码过程复杂、同时伴随着待测物体复杂性而导致解码错误率高的问题。为此在单幅编码结构光图案研究中，Salvi等提出了水平方向和竖直方向进行交叉条纹编码设计单幅栅格图案，其通过利用三原色对水平方向进行组合编码，而在竖直方向则利用青黄深红色进行编码设计。与此同时，Antonio等人提出了一种利用七种颜色进行无序彩色编码方法设计，其通过将编码特征点替换轴线进行编码设计，实现对动态待测物体进行快速测量。虽然单幅彩色编码结构光能够快速的对待测物体进行三维重建，但是这类方法面临着一类问题，就是当待测物体的表面纹理对彩色编码颜色码产生严重干扰时，会使得单幅彩色编码结构光三维重建方法失效，而此时如果利用多幅格雷码等方法进行三维重建时，会存在着投影仪投射编码图案较多的问题。

发明内容

为了避免待测的彩色物体表面纹理色彩信息对彩色编码结构光的颜色码信息产生干扰的问题，以及减少投影仪投射编码图案数量，本发明的目的在于提供一种高适应性的彩色物体三维重建方法，其首先利用计算机生成一幅彩色编码结构光图案，并进行多源时序化分层处理，接着对多源时序化分层图案进行解码处理，组合得到调制的单幅彩色编码结构光图案，接着利用条纹匹配方法实现对编码特征点的匹配，最后利用三角测量方法实现编码特征点的三维深度信息值解算。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高适应性的彩色物体三维重建方法，其特征在于：相机和投影仪固定在三脚支架上，并通过电缆将相机与计算机进行连接，通过电缆将投影仪与计算机进行连接；

具体的重建步骤如下：

步骤1、多源时序分层投影编码图案的设计