[发明专利]基于多帧随机二元编码光场的三维数据采集系统及方法

权利要求书

1.一种基于多帧随机二元编码光场的三维数据采集系统，其特征在于，所述三维数据采集系统包括：具有左相机和右相机的双目相机、投影装置、以及同步控制电路；

其中，投影装置，用于投影随机二元编码图像序列至测量目标的表面；同步控制电路与投影装置和双目相机连接，用于在投影装置投影每一幅随机二元编码图像时触发双目相机拍摄经过测量目标表面形貌调制的光场图像，以使其分别得到左、右二维立体图像序列；三维重建算法模块与双目相机连接，用于对获得的二维立体图像序列对进行图像分析处理，得到测量目标的在不同视图下的三维点云数据；

所述随机二元编码图像的分辨率大小与双目相机的分辨率大小匹配并满足采样定理，图像上每一像素点为通过全局随机和局域随机生成的二元点阵；

所述图像上每一像素点为通过全局随机和局域随机生成的二元点阵的步骤包括：每一幅所述随机二元编码图像被分割成X个区域，X≥4且X为偶数；在每个所述区域中随机确定X1个非边界的像素点，X1=16，以所述X1个非边界的像素点为锚点通过区域生长的方式在各个分割的区域内进行扩散；对整幅图像进行搜索，并且生成的随机二元编码图像中灰度为255的像素点总和占总像素点的42～47%。

2.根据权利要求1所述的三维数据采集系统，其特征在于，所述随机二元编码图像序列中具有M幅图像且 M≥1；左、右二维立体图像序列各自具有N幅变形随机二元编码光场图像且N≥3。

3.根据权利要求1所述的三维数据采集系统，其特征在于，所述投影装置具有数字投影方式、光学投影方式、或者衍射光学投影的方式，并根据系统的几何参数与相机物理参数计算得到最小单点大小。

4.根据权利要求3所述的三维数据采集系统，其特征在于，所述投影装置包括：封装有的随机二元编码图像基片和光源的投射模组、楔形反射镜以及旋转电机；其中光源为可见光源或者近红外光源。

5.根据权利要求4所述的三维数据采集系统，其特征在于，所述投影装置采用光学投影方式，在随机二元编码图像序列中图像数量M=1时，通过几何光学投影实现随机二元编码光场；当 M≥2 时，采用旋转的楔形反射镜装置调制投射光场实现光场在视场中的随机扫描。

6.一种基于多帧随机二元编码光场的三维数据采集方法，其特征在于，所述三维数据采集方法包括：

获取成对的左、右二维立体图像序列，其各自具有多幅经过测量目标表面调制的变形随机二元编码光场图像；根据系统标定参数校正所获取的二维立体图像序列对；在左二维立体图像序列上确定待匹配像素点；

在右二维立体图像序列上、预设的视差范围内搜索待匹配像素点的对应像素点，并计算待匹配像素点与对应像素点的相关系数；根据相关系数将待匹配像素点与对应像素点设置为匹配点，以获取第一组匹配点；

对获取的匹配点逐一进行一致性检查；逐一计算通过一致性检查的匹配点中像素点之间的视差，获取视差数据；根据标定参数和获取的视差数据进行三维重建，获取测量目标的三维点云数据；

图像上每一像素点为通过全局随机和局域随机生成的二元点阵的步骤包括：每一幅所述随机二元编码图像被分割成X个区域，X≥4且X为偶数；在每个所述区域中随机确定X1个非边界的像素点，X1=16，以所述X1个非边界的像素点为锚点通过区域生长的方式在各个分割的区域内进行扩散；对整幅图像进行搜索，并且生成的随机二元编码图像中灰度为255的像素点总和占总像素点的42～47%。

7.根据权利要求 6 所述的三维数据采集方法，其特征在于，采用时空相关算法来计算相关系数 δ，计算公式为：

式中，G（i，j，t）表示左二维立体图像序列中 N 幅图像中每一幅上像素（i，j，t）的灰度值，G_avg 表示匹配窗口内所有像素的平均灰度值； G’（i’，j’，t）表示右二维立体图像序列中 N 幅图像中每一幅上像素（i’，j’，t）的灰度值，G_avg’表示匹配窗口内所有像素的平均灰度值；其中，，；匹配窗口大小为；，均为大于1的正整数。