[发明专利]一种基于移相和多位码的彩色物体结构光三维测量方法

权利要求书

1.一种基于移相和多位码的彩色物体结构光三维测量方法，其特征在于，利用多位码编码条纹级次，获得条纹级次的编码序列，并将编码序列编码进附加1帧移相条纹图案中，将原始用于获取包裹相位的正弦条纹图案加入到条纹级次判定中；根据相位差获取各周期码元，得到解码序列；利用最大概率法从解码序列中获取各周期的条纹级次，获得物体表面连续相位信息；同时通过对彩色摄像机采集得到的变形条纹图累加，并将结果归一化至0～255，得到物体表面的颜色信息；利用连续相位信息和颜色信息，重建物体的彩色三维形貌；一种基于移相和多位码的彩色物体结构光三维测量方法包括标定投影仪-彩色摄像机系统、编码投影图案、采集变形图案、获取连续相位、图像畸变校正和重建物体彩色三维面形六个步骤：步骤1、标定投影仪-彩色摄像机系统，利用现有投影仪-彩色摄像机模型标定算法标定投影仪、彩色摄像机内参，外参，畸变参数，计算本征矩阵S；步骤2、编码投影图案，利用多帧正弦条纹编码包裹相位，利用附加1帧移相条纹编码条纹级次，条纹级次由多位码的编码序列唯一确定，通过所编码的附加1帧移相图案和用于获取包裹相位的正弦条纹图案唯一定位条纹级次；步骤3、采集变形图案，投影仪投影编码图案后，彩色摄像机同步采集变形图案；步骤4、获取连续相位，通过编码的正弦条纹获取包裹相位，编码的移相条纹和正弦条纹获取条纹级次，根据包裹相位信息和条纹级次获取解相后的连续相位；步骤5、图像畸变校正，根据步骤1标定得到的彩色摄像机畸变参数信息获取彩色摄像机采集的去畸变相位图；步骤6、重建物体彩色三维面形，通过步骤5得到的去畸变的连续相位，可得到物体的三维信息(X,Y,Z)，将步骤3采集得到的变形正弦图案求和并归一化至0～255后即可获得物体的颜色信息(R,G,B)，从而重建物体的彩色三维信息(X,Y,Z,R,G,B)。

2.根据权利要求1所述的一种基于移相和多位码的彩色物体结构光三维测量方法，利用变形正弦条纹计算物体表面各点的颜色信息计算并归一化到0～255，得到物体表面颜色信息

其中I_n(x,y,1)，I_n(x,y,2)，I_n(x,y,3)表示彩色摄像机RGB三通道采集获取的变形正弦条纹，(x,y)为彩色摄像机像平面像素二维坐标索引，N为相移步数，Max为求取最大值函数，得到物体表面的彩色信息(R,G,B)。

3.根据权利要求2所述的一种基于移相和多位码的彩色物体结构光三维测量方法，其特征在于，生成的编码条纹级次的附加1帧移相条纹为：

其中，(u,v)为投影仪像平面二维坐标索引，T为条纹周期，A^p(u,v)和B^p(u,v)为常量，n为N帧正弦条纹的图像索引，N为相移步数，CS(*)为生成的一维多位码编码序列，为取下限操作符；在CS序列中，包含当前周期的连续F个周期的码元作为唯一码字标识当前周期，且CS(*)∈[1,2,…,N]；彩色摄像机采集得到的附加1帧变形移相条纹为：

其中，(x,y)为彩色摄像机像平面的二维坐标索引,z为彩色摄像机通道值索引，A^c(x,y)为背景光强,B^c(x,y)为调制信号，φ(x,y)为受物体调制的相位信息。

4.根据权利要求2所述的一种基于移相和多位码的彩色物体结构光三维测量方法，根据采集的N帧变形正弦条纹和附加1帧变形移相条纹求取条纹级次，从而得到物体表面连续相位；根据采集得到的变形条纹可计算出N种相位信息：

其中，n＝1,2,…,N，求φ_n(x,y)与包裹相位信息φ(x,y)差运算的绝对值，可得到相位差φ_n′(x,y)

φ_n′(x，y)＝|φ(x，y)-φn(x，y)|(n＝1，…，N) (5)

通过对相位差进行分割，纵向对比分割后φ_n′(x,y)后可得到各像素点对应的码元，该码元存储至码元图E中，然后，利用13×13的统计滤波器对E进行滤波处理，可得到无误差的码元图；取单行，从左到右对码元进行排序，得到当前行的解码序列DS后，利用最大概率法，根据公式(5)通过最大概率法求取DS的主区域，并确定主区域周期

其中，M为DS中的码元总数，K为条纹编码级次总数，⊙为同或操作符，MR为当k为确定值时同或操作得到的向量，Continous_max为求取最大连通域的函数，CS为一维多位码编码序列；位于最大连通区域内的部分为主区域，而其他非主区域的部分记为剩余区域；最大连通域对应的k值即为主区域的起始条纹级次，记为k_main；在主区域条纹级次确定后，将剩余区域作为新的DS与CS进行对比，求取其条纹级次，重复这一过程，直至DS中所有条纹级次确定完成；对图像中每行进行该处理后可得到物体表面的条纹级次，进而得到连续相位； 通过连续相位和标定参数获取的物体表面三维信息(X,Y,Z)，同物体表面颜色信息(R，G，B)相融合即可获得物体表面彩色三维信息(X,Y,Z,R,G,B)。