[发明专利]一种高精度结构光三维测量系统及方法

权利要求书

1.一种高精度结构光三维测量系统，其特征在于，所述系统包括：

双波长结构光投射单元，用于将两路波长分别为λ₁和λ₂的结构光合成为一束后投射至被测场景中；

双波长采集单元，用于获取经被测场景调制的结构光图像，经分光分成两路光路后分别采集经被测场景调制的波长λ₁和波长λ₂的结构光图像；

计算单元，用于根据采集得到的经被测场景调制的波长λ₁和波长λ₂的结构光图像计算获得被测场景的三维信息；

所述双波长结构光投射单元包括第一结构光投射器、第二结构光投射器和第一半反半透棱镜；

所述第一结构光投射器用于投射波长为λ₁的结构光，所述第二结构光投射器用于投射波长为λ₂的结构光，所述第一半反半透棱镜用于将两路波长分别为λ₁和λ₂的结构光合成为一束后投射至被测场景中。

2.根据权利要求1所述的一种高精度结构光三维测量系统，其特征在于，所述双波长采集单元包括成像镜头、第二半反半透棱镜、第一带通滤光片、第二带通滤光片、第一感光元件和第二感光元件；

所述成像镜头用于获取经结构光投射的所述被测场景的结构光图像信息，所述第二半反半透棱镜用于将获取的所述被测场景的结构光图像信息分成两路光路，所述第一带通滤光片用于获取其中一路光路中的波长λ₁的被测场景的结构光图像信息并成像至第一感光元件，所述第二带通滤光片用于获取另一路光路中的波长λ₂的被测场景的结构光图像信息成像至第二感光元件。

3.一种高精度结构光三维测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将两路波长分别为λ₁和λ₂的结构光合成为一束后投射至被测场景中；

获取经被测场景调制的结构光图像，并经分光分成两路光路后分别采集经被测场景调制的波长λ₁和波长λ₂的结构光图像；

根据采集得到的经被测场景调制的波长λ₁和波长λ₂的结构光图像计算获得被测场景的三维信息；

将两路波长分别为λ₁和λ₂的结构光合成为一束后投射至被测场景中，包括：

波长为λ₁的结构光为正弦结构光，所述正弦结构光的像素点的灰度沿投射画面横向方向呈正弦函数变化；

波长为λ₂的结构光为随机编码结构光，所述随机编码结构光由多个尺度下采用随机分布产生的随机图像融合产生，且在不同的观察距离下均具有不变的且唯一的特征点；

所述正弦结构光的相位信息与随机编码结构光的特征点满足一一对应关系。

4.根据权利要求3所述的一种高精度结构光三维测量方法，其特征在于，根据采集得到的经被测场景调制的波长λ₁和波长λ₂的结构光图像计算获得被测场景的三维信息，具体包括：

对获得的波长为λ₁的经被测场景调制的正弦结构光图像I₁进行傅里叶变换并进行低通滤波获得频率域图像信息F(I₁(i,j))，求取F(I₁(i,j))的相位信息Φ(i,j)；

对获得的波长为λ₂的经被测场景调制的随机编码结构光图像I₂进行不变特征点提取，并通过查表法获得特征点处的真实相位信息Φ(kp0)；

根据特征点处真实相位信息Φ(kp0)，基于质量值导向法对相位信息Φ(i,j)进行解相位获得被测场景的真实相位信息Φ_unwarp(i，j)；

根据被测场景的真实相位信息Φ_unwarp(i，j)与其空间三维信息的对应关系，获得被测场景的三维信息。