[发明专利]基于一维扫描结构光系统的三维重建方法及其相关组件

说明书

本发明公开了一种基于一维扫描结构光系统的三维重建方法及其相关组件。该方法包括：向平面标靶投射单方向的条纹，获取条纹图案；对成像装置的位置进行标定；建立成像装置坐标系，计算成像平面上的无畸变点与光心组成的射线与平面标靶的交点；根据交点与有畸变点的绝对相位之间的多项式映射关系计算多项式映射系数，建立映射系数查找表；采集被测物体的目标图像，计算目标图像的各绝对相位对应的映射系数，利用映射系数计算对应空间三维点坐标。本发明区别于传统投射正交图案，本发明通过向被测物体投射单方向条纹，得到目标图案，并查找目标图案的映射系数计算空间三维点坐标，适用于基于一维MEMS振镜的三维测量系统，有效提高了三维重建的精确度。

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种基于一维扫描结构光系统的三维重建方法及其相关组件。

背景技术

三维测量系统在航天航空、工业检测、生物医学工程、逆向工程等领域发挥着重要的作用。其中，单目结构光三维测量系统是一种非接触式、高效且高精度的光学三维数字测量系统，通常由一个投影装置和一个成像装置组成。投影装置投影一组条纹图案到物体表面，成像装置采集经物体表面调制后的条纹图，一旦成像装置和投影装置被校准，根据三角测量法计算得到被测物体的三维坐标。单目结构光测量系统由于其测量精度高、测量速度快和测量普适性高而得到广泛应用。

传统的三维测量系统通常使用的投影装置为DLP(Digital LightProcessing，即为数字光处理)或LCD(Liquid Crystal Display，即为液晶显示器)，这种投影装置的尺寸较大，限制了它在众多应用中的方便性。随着MEMS(Micro Electro-Mechanical System，即微机电系统)技术的发展，其凭借着体积小、投影速度快、实时性好、成本低和系统结构紧凑等诸多优点在三维测量领域中广泛应用，由于MEMS投影装置不存在透镜，因此可实现大范围无失真的扫描。在单目结构光三维测量系统中，需要同时对投影装置和成像装置进行标定，对投影装置的标定则要求投影装置投射正交条纹，而对于基于一维MEMS振镜的三维测量系统而言，无法利用投影装置投射正交条纹，因此无法进行精确的三维重建，三维重建精度低。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于一维扫描结构光系统的三维重建方法及其相关组件，旨在解决现有技术中基于一维MEMS振镜的三维测量系统无法精确进行三维重建的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于一维扫描结构光系统的三维重建方法，包括：

利用投影装置向处于不同位置时的平面标靶投射单方向的条纹，并通过成像装置采集所述平面标靶在不同位置时的条纹图案；

基于所述成像装置采集的所述平面标靶在不同位置时的条纹图案，通过标定算法对所述成像装置的位置进行标定；

以所述成像装置的光心为原点建立成像装置坐标系，计算所述成像装置的成像平面上的无畸变点与所述成像装置的光心组成的射线与所述平面标靶的交点；

计算所述平面标靶在不同位置时的绝对相位分布图，根据所述绝对相位分布图获取所述无畸变点对应的有畸变点的绝对相位，并根据所述交点与所述有畸变点的绝对相位之间的多项式映射关系计算多项式映射系数，建立映射系数查找表；

利用投影装置向被测物体投射单方向的条纹，并通过所述成像装置采集所述被测物体的目标图像，计算所述目标图像的绝对相位分布图，在所述映射系数查找表中查找所述目标图像的绝对相位分布图中各绝对相位对应的映射系数，利用所述映射系数计算得到对应的空间三维点坐标。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于一维扫描结构光系统的三维重建装置，其包括：

条纹图案采集单元，用于利用投影装置向处于不同位置时的平面标靶投射单方向的条纹，并通过成像装置采集所述平面标靶在不同位置时的条纹图案；