[发明专利]一种基于泰勒指数表达式型面结构光的三维重建方法

说明书

本发明提供了一种基于相位轮廓测量术三维测量中消除投影仪gamma误差的方法，该方法主要包括以下步骤：生成并投射基于特殊指数表达式的面结构光栅、采集图像，基于相应新型解相方法解算被采集图像所包含的无投影仪gamma误差的相位信息。从而通过所得无投影仪gamma误差的相位信息，计算得到三维测量结果，最终达到消除投影仪gamma对测量结果的影响、提高测量精度的目的。

技术领域

本发明涉及一种三维重建方法，更进一步，涉及一种泰勒指数表达式型面结构光的三维重建方法。

背景技术

三维重建技术是三维测量技术的延伸，其主要思想是通过一定的方法与技术获取目标物体的三维形貌信息，重建物体的三维形貌。近年来，三维重建技术在文物保护，逆向工程，虚拟现实等领域得到丰富的应用。

根据是否需要与被测目标物体接触，三维重建技术在实现形式上主要可分为两种：接触式与非接触式。在众多的非接触式三维测量技术中，基于面结构光的三维视觉重建拥有精度高、易于实现、实时性强等特点，其中基于相移测量轮廓术(Phase ShiftingProfilometry)

的面结构光三维重建技术更是受到众多研究者的重视，近年来成为视觉重建领域的研究热点。

基于相移测量轮廓术的三维重建原理为：根据相机与投影仪的小孔成像原理、投影仪-相机系统的三角测量原理，获取物体表面的三维点坐标。实际应用技术的一般过程为：预制一组包含相移的面结构光图像，通过投影仪将其投射至物体表面，物体表面形状的对被投射图像进行调制，使其发生相应变形，而后经由系统中的相机同步采集变形的图像，使用相应算法重新解算被采集图像中的相位信息，再根据已标定的投影仪-相机系统相位与坐标的关系求解出物体表面点的三维坐标信息，完成物体的三维形貌重建。

而该技术目前尚且存在一些问题，其中由于商业投影仪为适应人眼的观看而存在投影仪gamma的特性导致被采集图像相位信息出现解算误差，使得最终解算的物体表面点的三维坐标精度大降低的问题是其中最为突出的。根据众多研究表明，其影响采集图像相位信息出现解算误差的原因如下：传统的相移测量轮廓术基于三角函数表达式生成目标相移光栅，而对于投影仪-相机系统，若设其输入图像灰度为I，则其输出灰度可表示为a·I^γ，因此采用传统解相方法由被采集图像的灰度信息解算相位信息时便会出现周期性相位误差，从而使得三维重建模型表面出现“水波纹”。而如何较好的处理投影仪gamma影响成为了基于相移轮廓测量术的三维测量技术进一步发展的关键。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于泰勒指数表达式型面结构光的三维重建方法，该方法的主要内容是通过生成一组包含相移信息且以特殊泰勒指数函数作为表达式的条纹光栅图像，并通过相对应的相位解算算法对被采集图像进行相位信息的重新解算而得到相位信息，将得到的相位信息引入预先标定建立的系统三维坐标-相位对应模型，从而得到测物体表面的三维信息。该基于泰勒指数表达式型面结构光的三维重建方法能够消除三维测量中由投影仪非线性响应带来的误差，同时该泰勒指数表达式型面结构光可在一定程度上使得投影仪输出的光栅条纹明暗分布均匀，有利于提高三维重建结果的精度。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于泰勒指数表达式型面结构光的三维重建方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据多步相移与多频相位展开的方法，确定用于解包裹相位的频率p_m(m＝1,2,…,M)与相应的相移步数N(N≥3)，其中常用多频外差法或基于莫尔序列的解相算法展开包裹相位。

步骤2：生成对应于各个频率的待投射结构光图像，称单个频率对应的所有待投射结构光图像为一组待投射结构光图像，共M组待投射结构光图像。每组待投射结构光图像为包含有N步相移的条纹光栅，且具有泰勒指数型表达式的形式：