[发明专利]一种基于结构光的三维测量方法及系统

说明书

本发明涉及三维测量方法技术领域，实施例具体公开一种基于相移光栅条纹结构光进行三维测量的方法及系统。通过光源单元向被测物体投射一组有固定相移的光栅条纹图像，两个成像单元分别从设定的角度拍摄这组包含相移光栅的被测物体图像，经过计算相位可以得到物体的绝对深度，从而实现三维测量，解决了被测物体存在空间不连续和遮挡等情况时的相位截断无法进行三维测量的问题，具有更广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及三维测量方法技术领域，具体涉及一种基于相移光栅条纹结构光进行三维测量的方法及系统。

背景技术

目前，在三维重建和三维测量在计算机视觉领域有着广泛应用。相比于二维的图像，三维信息更加全面地记录了场景的实际信息。三维测量在逆向工程、物体外形检测等方面是关键的技术基础。

现阶段常用的三维测量方法有：飞行时间法、立体视觉法和结构光法。飞行时间法的精度受硬件同步和响应精度影响，精度很难有所提升。立体视觉法获得的三维信息是稀疏的，容易缺失大量信息。结构光法利用对目标物体投射附加的结构光作为深度测量依据，常见方法有相位测量轮廓术(PMP)和傅里叶变换轮廓术(FTP)受限于三角测量原理和求解算法，这种方法虽然有较好的精度和速度，但是对空间不连续的物体和空间的遮挡就无能为力。

发明内容

有鉴于此，本申请针对传统结构光三维测量方式不能测量空间不连续物体和存在遮挡物体的缺陷，提出以相位测量轮廓术基本原理作为基础，结合计算机视觉相关技术，实现相位截断下三维数据获取，成功解决结构光法无法测量空间不连续物体的难题，能精确测量空间不连续或含有遮挡的三维场景，具有广泛应用价值。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种基于结构光的三维测量方法，应用于三维测量系统，所述三维测量系统包括光源单元、第一成像单元、第二成像单元和控制单元，所述光源单元、第一成像单元和第二成像单元均由控制单元控制；所述第一成像单元的光心与所述光源单元的光心完全重合或者在竖直方向上重合，所述第二成像单元放置在所述光源单元的一侧，且所述第二成像单元与所述光源单元的光心出轴连线的夹角大于等于20°且小于等于40°，所述测量方法包括：

S11：光源单元向被测物体投射一组具有固定相移量的光栅条纹图像，同时第一成像单元采集投射光栅条纹图像后的被测物体图像，获得第一组被测物体图像，同时第二成像单元采集投射光栅条纹图像后的被测物体图像，获得第二组被测物体图像；

S12：控制单元根据第一组被测物体图像、第二组被测物体图像和预设的第一成像单元视角的周期标记线计算被测物体的真实高度信息；

S13：控制单元根据被测物体的真实高度信息获得被测物体的三维测量结果。

优选的，所述步骤S11的方法包括：

采用多步相移法，光源单元向被测物体依次投射n张相移量为2π/n的光栅条纹图像，同时第一成像单元依次采集n张投射光栅条纹图像后的被测物体图像，获得第一组被测物体图像，同时第二成像单元依次采集n张投射光栅条纹图像后的被测物体图像，获得第二组被测物体图像，n大于2。

优选的，所述步骤S12的方法包括：

S121：根据第一组被测物体图像计算第一成像单元包裹相位，根据第二组被测物体图像计算第二成像单元包裹相位；

S122：去除第一成像单元包裹相位中的无效区域，去除第二成像单元包裹相位中的无效区域；

S123：根据预设的第一成像单元视角的周期标记线对第一成像单元包裹相位解相，得到第一成像单元包裹相位的真实周期；

S124：将第二组被测物体图像按照边缘、灰度变化情况进行分割，得到第二成像单元各个独立的图像碎片；