[发明专利]一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建方法及装置

说明书

本发明提供一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建方法及装置，该方法包括：首先通过数字对焦得到不同对焦面上的图像，然后利用图形清晰度评价函数找出不同的理想对焦面，最后通过投影仪投影的正弦条纹图像，采用相位测量轮廓术进行条纹分析和相位展开获取绝对相位，从而进行物体三维重建。通过该方案解决了现有三维成像过程速度慢，实时性差的问题，无需机械调焦，能快速对光辐射相位误差进行校正，实时计算出目标的三维形态，实现对快速变化物体进行成像。

技术领域

本发明涉及立体视觉领域，尤其涉及一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建方法及装置。

背景技术

随着信息技术和机器人技术的快速发展，准确获取物体表面的三维数据以满足多样化应用的需求也日益强烈。作为一种主流的主动视觉技术，基于数字条纹投影的三维测量技术有着不接触物体表面、设备简便易于控制、成本低廉、测量精度高等一系列显著优点，在机器视觉、生物医学、工业自动检测等领域有着重要应用潜力。

然而，基于传统相机的三维成像，由于需要得到不同深度位置的清晰图像，需要在成像前通过机械调焦来对准到相应的深度，而一般机械调焦过程较慢，同时传统成像只能感知单个平面的强度信息，要获得目标的三维形态或光谱特性，只能采用推扫或凝视成像的方式多次扫描曝光，而扫描过程一般比较耗时，鉴于传统三维成像方法成像过程较慢，难以满足实时性要求的问题，有必要提出一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建方法及装置，以解决现有三维成像过程处理速度慢，难以满足实时性要求的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建方法，包括：

将特定频率的正弦条纹投影至待测物体表面，通过光场相机拍摄变形的条纹图像；

对所述条纹图像进行基于频率域的数字对焦处理，得到对焦在不同平面深度的条纹图像；

通过Laplace算子和条纹图像各像素点的灰度值进行卷积得到梯度矩阵，将各像素点梯度的平方和作为评价函数，得到不同理想对焦面的清晰条纹图像；

通过相移轮廓术对清晰条纹图像进行条纹分析，得到包裹相位；

基于多频率投影条纹的时间相位展开，对包裹相位进行相位展开，得到绝对相位；

将绝对相位与定标参数结合得到三维形貌数据以进行三维重建。

在一个实施例中，所述对所述条纹图像进行基于频率域的数字对焦处理，得到对焦在不同平面深度的条纹图像具体为：

将探测器上含有四维信息的光场图像进行傅里叶变换；

根据傅里叶切片定理进行切片采样；

对切片采样频率进行傅里叶反变换，得到光场在某一焦深处的切片投影图像信息。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种基于光场子孔径条纹图像的三维重建装置，包括：

投影模块，用于将特定频率的正弦条纹投影至待测物体表面，通过光场相机拍摄变形的条纹图像；

对焦模块，用于对所述条纹图像进行基于频率域的数字对焦处理，得到对焦在不同平面深度的条纹图像；

卷积模块，用于通过Laplace算子和条纹图像各像素点的灰度值进行卷积得到梯度矩阵，将各像素点梯度的平方和作为评价函数，得到不同理想对焦面的清晰条纹图像；

分析模块，用于通过相移轮廓术对清晰条纹图像进行条纹分析，得到包裹相位；

展开模块，用于基于多频率投影条纹的时间相位展开，对包裹相位进行相位展开，得到绝对相位；