[发明专利]扩展对极几何并实时计算三维点云的查找表方法

说明书

本发明涉及主动式光学三维重建技术领域，具体而言，涉及扩展对极几何并实时计算三维点云的查找表方法。通过扩展对极几何，定义了相位极点和光学极点概念。使用双向扫描在几何含义上建立11个查找表，进而推导出建立9个、7个以及5个查找表来计算三维点云的方法，其中，使用5个查找表计算三维点云速度最快且占用空间最少；单向扫描使用扩展对极几何的方法可以直接计算查找表，并减少查找表个数由7个至4个。如此，通过扩展对极几何预先建立查找表，用图像像素坐标为索引在查找表中获取目标参数，最后利用目标参数和相位来计算三维空间点云，简化了点云计算过程并降低了计算复杂度，强化了点云计算的实时性，使得系统耗时减少。

技术领域

本发明涉及主动式光学三维重建技术领域，具体而言，涉及扩展对极几何并实时计算三维点云的查找表方法。

背景技术

相位测量轮廓术(phase measuring profilometry，PMP)是一种非接触的三维扫描方法，这种方法通常沿着水平方向或垂直方向投射一系列正弦光栅图像，根据采集到的经测量物体表面扭曲的条纹图像，获得图像像素位置对应的相位，使用投影设备和摄像设备的校准矩阵参数以及相位值，进而计算获得测量物体表面三维坐标点云信息。

目前使用投影设备和摄像设备的校准矩阵以及相位值获得目标物体点云坐标的方法中，通常需要繁琐的数学操作来获取三维坐标相关参数，查找表的建立方法也较为复杂，且查找表个数较多，使得过程复杂耗时。

发明内容

为了至少克服现有三维光学重建技术中的上述不足，本发明的目的之一在于提供扩展对极几何并实时计算三维点云的查找表方法，所述方法包括：

获取投影装置和摄像装置的校准矩阵，其中，校准矩阵为二维空间坐标与三维世界坐标的映射关系；

根据获取到的校准矩阵并利用扩展对极几何原理计算查找表中所需参数的值，进而建立查找表，其中，所建立的查找表个数可以根据实际需求进行调整，查找表的参数计算方法也相应改变；

分别在水平方向和垂直方向投射一系列图像，并对不同方向的扫描结果进行相位计算；

根据获得的相位利用预先建立的多个查找表获得目标参数，进而根据预设规则实时获取测量物体三维点云信息。

进一步地，通过扩展对极几何，定义相位极点和光学极点的概念，建立5个基础查找表的步骤包括：

获取摄像装置所采集图像的像素值；

根据所述投影装置的校准矩阵、摄像装置的校准矩阵和所述的采集到的图像像素坐标，按照以下公式建立相位极点查找表：

其中，a₁、a₂和a₃为图像像素坐标(x^c,y^c)的函数，为相位极点的坐标，相位极点查找表及以采集到的图像像素整数坐标(x^c,y^c)为索引；

根据对极几何理论利用所述的光学中心坐标、投影装置的校准矩阵、摄像装置的校准矩阵及图像像素坐标，按照以下公式计算光学极点查找表：

其中，为三维空间光学极点，查找表和以采集到的图像像素整数坐标(x^c,y^c)为索引，为摄像装置的光学中心坐标，为过三维空间任意一点与摄像装置光学中心坐标的直线的法向量，a₃为图像像素坐标(x^c,y^c)的函数，b₃为与摄像装置的光学中心和投影装置校准矩阵相关的参数。

进一步地，所述按照预设规则确定摄像装置光学中心坐标及投影空间极点的步骤包括：