[发明专利]基于微透镜阵列的结构光快速成像方法及系统

说明书

本发明公开的基于微透镜阵列的结构光快速成像方法及系统；包括如下步骤：S10，投影装置产生结构光，并将结构光投射到被测物上；S20,将被测物、主透镜、微透镜阵列、图像传感器沿光路依次设置，使得入射光线依次通过主透镜、微透镜阵列直至图像传感器；S30，图像传感器采集被测物的结构光影像图像，获得被测物的四维光场信息；S40,成像计算装置根据被测物的四维光场信息，进行深度计算，获得被测物的三维重建图像；具有能够通过单台相机单幅图像即可实现快速、高精度、非接触的三维重建的有益效果，适用于机器视觉测量的技术领域。

技术领域

本发明涉及机器视觉测量的技术领域，具体涉及基于微透镜阵列的结构光快速成像方法及系统。

背景技术

近些年三维面型测量技术及立体视觉一直是研究及应用的热点，在三维打印、工业加工制造、精密设备检测、人工智能等方面都有广泛的应用基础。其中，机器视觉是最为实用的三维测量技术，其通过左右相机获取具有视差的图像，在相机内外参数已经标定的条件下，利用三角测量原理可以高精度的获取物体的三维信息。

然而单目相机无法获取准确的深度信息，而双目相机图像尚无法实现高准确度的图像匹配，因此被动式的视觉系统很难应用于高精度的工业测量等领域中。利用结构光照明的主动三维测量方法，主动投射具有一定结构的图案到物体表面，物体表面的三维形状调制了光栅条纹，变形的纹理携带了物体的深度信息，并能够较好的解决图像对应点匹配问题，从而成为三维测量研究领域的主流。诸多研究人员对基于结构光的主动视觉三维测量技术进行了深入研究，其投射的图案主要分为时间编码型和空间编码型。

空间编码的方法通常只投射一幅图案，图中每个点的码字根据其邻近点的信息进行解读，该类方法中基于伪随机序列的空间编码最为可靠，Morano等设计了伪随机空间编码，利用关联性查找左右相机之间的匹配点，随后出现了随机直线编码，I.A.Ypsilos讨论了七种常用随机编码模式图案，包含随机线和随机点，实验结果表明随机点模式要比随机线模式取得更好的重建精度，随后De Brui jn随机空间编码和基于激光散斑方法成为该类方法中的核心算法。空间编码具有只需要一幅图像即可完成左右相机匹配的优点，可用于快速3D视觉重建，然而空间编码的形式测量物体外形时发现其对于锐角部分即物体细节部分重建结果被平滑，测量精度有限并且解码困难。

时间编码方法是码字按照时间序列进行编码，按先后顺序依次投射到被测物体表面。其中格雷码加相移方法和多频外差技术在性能及可靠性方面最为优异，此类方法根据相位值实现左右相机图像的匹配，从而可以得到较高的匹配率以及密集点云。格雷码构成的码字用于确定截断相位的周期数，然而该方法无法有效的处理阴影问题。基于多频外差的重构方法可有效的克服阴影问题，利用多个短周期的光栅条纹图合成长周期的莫尔条纹，从而将整个视场对应到一个周期内。该方法具有高精度、高可靠、误差不扩散等优点，其不足在于需要投射十副左右的光栅图案才能完成重建任务，因此通常只适用于静态物体的测量；

如上所述，时间编码方法，具有性能稳定，抗干扰能力强的优点，需要投射多幅图像，测量周期较长；空间编码方法具有快速的优点，可用于动态三维检测，但其测量精度有限同时变形后的图案解码困难；上述方法通常均需要双目相机实现对应点的精确匹配，利用三角法实现深度信息的获取。

因此，如何通过单目相机快速的实时获取物体的深度信息成为需要解决的问题。

发明内容

针对相关技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于：提供一种基于微透镜阵列的结构光三维成像快速方法及系统，能够通过单台相机单幅图像即可实现快速、高精度、非接触的三维重建。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于微透镜阵列的结构光快速成像方法，包括如下步骤：

S10，投影装置产生结构光，并将结构光投射到被测物上；

S20,将被测物、主透镜、微透镜阵列、图像传感器沿光路依次设置，使得入射光线依次通过主透镜、微透镜阵列直至图像传感器；