[发明专利]一种基于相移轮廓术的多运动物体三维重构方法

说明书

本发明公开了一种基于相移轮廓术的多运动物体三维重构方法，包括以下步骤：(1)确定不同物体的感兴趣区域，将每个感兴趣区域中的对象作为目标；(2)采用高速跟踪算法‑核相关滤波器对目标进行单独跟踪，并在捕获图像中识别出运动后的目标区域；(3)利用运动前和运动后目标的区域，获得每个对象运动的旋转矩阵和平移向量；(4)将尺度不变特征变换算法用于跟踪区域，得到相应的特征点；(5)利用目标运动与相位值的关系，用运动信息的重建模型消除运动引起的误差；(6)利用N步相移轮廓术得到物体上的条纹图案，求得物体的包裹相位，分别恢复相位图并对多个目标进行重构；本发明具有可对多个不同运动的对象进行重构，重构精度高的优点。

技术领域

本发明涉及三维重构技术领域，尤其涉及一种基于相移轮廓术的多运动物体三维重构方法。

背景技术

相移轮廓术(PSP)是目前最常用的三维重构技术之一，PSP具有精度高、鲁棒性强等优点，常用于三维形状测量中，其典型结构包括一台摄像机和一台投影仪，投影仪将多个已知相移的条纹图案(通常至少三个)投射到物体表面，然后，相机捕获从物体表面反射的条纹图案，利用多个条纹图的强度值，恢复相位图，并且通过条纹图案中存在的相位信息来计算物体表面的高度信息，传统PSP原理：对于N步PSP，从参考平面和物体上获取的条纹图案可以分别表示如下：

和

其中n＝1，2，3,……,N；N为条纹图案的数量；为参考平面上的第n个条纹图案；为物体上的第n个条纹图案；a为环境光，b为正弦条纹图案强度的幅值；φ^r(x,y)为参考平面上的相位值；φ⁰(x,y)为物体表面上的相位值。

参考平面和物体的相位图可以通过以下公式计算得到

和

其中φ(x,y)为参考平面上的相位值；Φ(x,y)为由物体高度引起的参考平面和物体之间的相位差；基于正确的相位信息，可以在系统校准之后成功地重构对象。

从公式(4)可以看出，采用多个条纹图案来恢复相位值，在测量过程中，物体需要保持稳定，若物体在捕获到的条纹图案之间发生移动，则会引入误差，从而导致错误的重构结果，若物体在捕获过程中发生运动，在传统的PSP中会产生两个问题：(1)不同条纹图案中的物体位置不匹配；(2)对象上同一点的相移是未知的；当用传统的PSP重构运动物体时会引入误差，申请人已经通过将运动信息引入重建模型，消除了二维运动所引起的误差，实现了对多个运动物体的重构(Lei Lu,Zhaoyi Jia,Yinsen Luan,JiangtaoXi.Reconstruction of isolated moving objects with high 3D frame rate based onphase shifting profilometry.Optics Communications,2018.),但是，这个方法需要多个对象具有相同的运动，而不能对多个具有不同运动的对象进行重构。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种基于相移轮廓术的多运动物体三维重构方法，该方法可以对多个具有不同运动的对象进行重构。

本发明的目的是这样实现的：一种基于相移轮廓术的多运动物体三维重构方法，包括以下步骤：

(1)确定不同物体的感兴趣区域，将每个感兴趣区域中的对象作为目标，以跟踪之后捕获的条纹图案中对象的移动；

(2)采用高速跟踪算法-核相关滤波器(KCF)对目标进行单独跟踪，并在捕获图像中识别出运动后的目标区域；

(3)利用运动前和运动后目标的区域，获得描述每个对象运动的旋转矩阵和平移向量；