[发明专利]一种新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法有效

专利信息
申请号: 201911286379.6 申请日: 2019-12-13
公开(公告)号: CN110986828B 公开(公告)日: 2023-09-01
发明(设计)人: 杨鑫鑫;杨舒静;杨百强;李勇;闻天志 申请(专利权)人: 杨鑫鑫
主分类号: G01B11/25 分类号: G01B11/25;G06T17/00
代理公司: 北京麦汇智云知识产权代理有限公司 11754 代理人: 吴云
地址: 321000 浙江省金华市婺*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 新型 真实 场景 三维 彩色 数据 采集 显示 方法
【权利要求书】:

1.一种新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法,其特征在于,包括如下步骤:

由高速离焦投影仪向被测物体投影条纹;具体包括:用高速离焦投影仪将条纹投影到被测物体表面,并对高速离焦投影仪投影图案进行离焦,其离焦投影图案为二值图案;

彩色摄像机对变形条纹进行捕捉,并对条纹进行编码;具体包括:彩色摄像机接收高速离焦投影仪的同步信号同时采集经过物体表面形貌调制后的变形条纹图像得到条纹,并对条纹进行编码;

经由计算获取编码数据,经空间光调制器调制后,由计算机解码获取进行三维重建,获得物体的全息图;具体包括:将彩色摄像机拍摄到的图像进行处理,通过求解拍摄图像中条纹的相位,并对整个测量系统进行标定,得到彩色摄像机上像素点与高速离焦投影仪上像素点的对应关系,再通过解码算法,从而获得物体的颜色纹理和三维成像数据,并将这些颜色纹理和三维成像数据通过网络传输给显示仪器中的电脑,该电脑用于接收获得的物体的颜色纹理和三维成像数据并根据这些三维成像数据设计和制作计算菲涅耳全息图,所述制作计算菲涅耳全息图的方法包括:将高速离焦投影仪中红、绿、蓝三色激光器分别产生红、绿、蓝三色激光并对其进行扩束、准直后照射到空间光调制器上,经调制后的光经合色棱镜合色后投射到三维空间;

所述光调制器件由用于显示的计算机控制,其调制方法包括:

将罗奇光栅的强度可以表示为:

其中P是光栅的周期,*号表示卷积运算,式(1)的傅里叶级数展开为:

其中为f0=1/p为罗奇光栅的基频,离焦光学系统充当低通滤波器,滤除高次谐波分量;

消除式(2)中的三次谐波分量(n=3)的方法,将含有三次谐波分量的条纹图投影到物体上时,捕获图像的强度为:

其中,Ia(x,y)为背景照明,a(x,y)和b(x,y)是相对于单独第一和第三谐波分量的振幅,高度分布h(x,y)的调制相位为和离焦条纹图的强度为:

由式(3)减去式(4)得:

由式(5)可知,消除了三次谐波分量和背景光照,然后,获得的相位分布的算法类似FTP相移法,对式(5)依次进行傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换,得到:

从而可得条纹图的截断相位为:

其中arg[·]表示获取复数自变量的操作;

所述高速离焦投影仪与电脑相连,用电脑控制投影仪的光带宽差模延迟,从而向物体投射相应的二值条纹,摄像机配合投影仪进行快速拍照。

2.根据权利要求1所述的新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法,其特征在于,所述的变形条纹的编码方法为,用三个灰度级,0表示黑色,1表示灰色,2表示白色,对每个条带进行编码,对于填充了两个灰度级的条带在垂直方向上周期性地填充,条码按照伪随机序列排列。

3.根据权利要求2所述的新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法,其特征在于,所述的伪随机序列的属性包括:

具有给定长度的子序列在整个序列中只出现一次;

每个子序列中都没有重复的符号。

4.根据权利要求1所述的新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法,其特征在于,所述的编码过程采用2×2的像素单元,每个像素点用黑或白其中的一种颜色表示,可将该像素单元表示为黑、白和介于黑白之间的三种颜色,若4个像素点都是白色或黑色,则该单元显示为白色或黑色,若两白和两黑交叉排列,则该单元显示为介于黑白中间的灰度级。

5.根据权利要求1所述的新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法,其特征在于,解码方法为,通过求解拍摄图像中条纹的相位,并对整个测量系统进行标定,得到摄像机上像素点与投影仪上像素点的对应关系,再通过解码算法,从而获得物体的颜色纹理和三维成像数据。

6.根据权利要求1所述的新型真实场景三维彩色数据的采集显示方法,其特征在于,所述的三维重建过程包括:

采用移向FTP计算解码图像数据的包裹相位;

检测相位差大于π的曲线;

以捕获的编码模式对对应曲线的强度进行归一化和量化;

恢复跳变曲线的符号,通过条纹子序列匹配到条纹的顺序,重建物体的三维坐标。

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