[发明专利]基于三种颜色垂直彩色条纹的立体视觉匹配方法

说明书

本发明公开了一种适用于三维传感测量中使用的由三种颜色组成的垂直彩色条纹组成的图案及其立体视觉匹配方法。通过结构光投影装置，将一幅由三种颜色组成的彩色垂直条纹图案投影到被测物体表面，由两相机同时采集投影到物体表面的图案，首先对第一种颜色的条纹进行立体视觉匹配，将匹配关系进行建模，根据建立的匹配模型关系，对第二种颜色的条纹进行立体视觉匹配。通过第一种颜色与第二种颜色的匹配关系对模型进行更新，根据更新的匹配模型关系，对第三种颜色的条纹进行立体视觉匹配，从而实现对物体表面三维形状的实时测量。本发明解决了立体匹配精度偏低的国际难题。

技术领域

本发明涉及光学三维传感技术，特别是涉及通过投影单幅由三种颜色组成的垂直彩色条纹组成的图案，由两相机同时采集投影到物体表面的图案并且进行对应像素的匹配，从而实现对物体表面三维形状的实时测量。

背景技术

本发明涉及一种基于一次投影三种颜色彩色垂直条纹的立体视觉匹配方法，该立体视觉匹配方法主要用于主动立体视觉的三维测量技术中。主动立体视觉技术既能测量静止物体的三维数据，也能测量运动或变形物体的三维数据，完全不受物体运动状态的限制，因此应用非常广泛。相对于time of flight (TOF)技术，主动立体视觉技术精度与分辨率都要高出很多。相对于被动立体视觉技术，主动立体视觉可以测量无纹理物体。但是不管是主动立体视觉技术还是被动立体视觉技术，两相机中对应像素的匹配方法一直以来都是国内外的研究热点与难点。主动立体视觉的匹配方法往往是由精心设计的投影图案决定的，而目前被国内外的研究者们广泛使用的投影图案包括点阵图案，散斑图案，彩色条纹图案以及相位图案。其中点阵图案与条纹图案精度最高，请参见文献Z.Z. Wang, Q. Zhou andY.C. Shuang, “Three-dimensional reconstruction with single-shot structuredlight dot pattern and analytic solutions,” Measurement, 151, 107114, (2020)。Z.Z. Wang, “A one-shot-projection method for measurement of specularsurfaces,” Opt. Express, 23, 1912, (2015)。Z.Z. Wang, “Single-shot three-dimensional reconstruction based on structured light line pattern,” Opt.Lasers Eng., 106, 10-16, (2018)。但是点阵图案相对于条纹图案的分辨率较低，因此彩色条纹图案更加受欢迎。而不同研究者设计的彩色条纹图案各不相同，立体匹配方法也差别很大，而目前还没有一种公认的通用彩色条纹图案，因此主动视觉立体匹配方法还是一个公开的研究难点。本发明可以将设计的三种颜色组成的垂直彩色条纹图案投影到不同形状与不同运动模式的物体上，并且进行鲁棒地立体视觉匹配。

发明内容

本发明的目的是针对现有的立体视觉匹配方法匹配精度偏低，无法正确匹配复杂物体表面以及无法正确匹配不连续物体表面等缺陷，提供一种基于三种颜色的垂直条纹的立体视觉匹配方法，该方法根据三种颜色条纹的间隔不同，首先对间隔较大的颜色条纹在图像的每一个水平行中进行逐行匹配，然后将匹配关系在图像的每一个水平行中进行逐行建模，通过建立模型关系，进一步逐行匹配间隔较小的颜色条纹，然后通过间隔较小颜色条纹的匹配关系对建立的模型方程进行更新，最后用更新的模型关系逐行匹配间隔最小的颜色条纹。

为了实现上述发明的目的，本发明采用下述技术方案实现：