[发明专利]一种光栅平动结构光三维测量系统及三维测量方法

说明书

本发明涉及光学检测三维成像领域，特别是一种光栅平动结构光三维测量系统及三维测量方法，即采用一个动光栅照明投影，即是采用一片确定条纹频率的平动光栅片进行照明投影，测量过程中，通过沿垂直栅格方向平移一定周期并同时投射抓拍调制图样即可进行测量，亦可以根据测量需要进行更换不同空间频率的光栅片元件。本发明的投射结构有别于传统的光机DMD投射装置，是一种简单易控的空间结构光相位调制投射装置。能够不依赖于复杂的条纹显示控制程序，而仅用光栅的精确机械位移就能实现复杂电子系统才能完成的功能，大大的简化了系统复杂度，从而在保证了测量精度的同时极大的减少了系统的体积与成本。

技术领域

本发明涉及光学检测三维成像领域，特别是一种光栅平动结构光三维测量 系统及三维测量方法。

背景技术

三维人脸识别由于其无接触、高识别率、高防伪性能，在公共安全、金融、 交通及其它民用领域具有非常广阔的应用前景，是建设智能化公共服务平台、 智慧城市和平安城市的重要核心技术之一。众所周知，三维人脸识别快速发展 的前提是要有高集成度、高速、高精度的三维人脸采集设备。

现目前主要的结构光投射装置有面投射的二维编码方式，随机散斑方式， 对于正弦结构光主要通过控制振镜扫描投射或是通过光学投影机数字化调制再 通过复杂的光投射系统实现。通过同步采集投射的结构光经被测目标调制后的 图像，对图像进行变换分析，计算测量，三维重建等。

目前现有的高精度三维重建方法主要是基于结构光三维测量轮廓术，主要 是基于主动结构光和三角测量的原理将脸部作为普通的测量对象，并结合2D彩 色纹理图像的精确映射，可以高精度获得逼真的3D脸部。其中，被认为最有发 展优势及市场前景的是条纹投影轮廓术(FPP)，可用于测量动态物体。FPP中 最常用的有两种方案，一种是傅立叶变换轮廓测量(FTP)，它是一种代表性的 单帧方案，只需要一帧条纹即可完成三维重建，非常适合于高速3D测量。然而， 由于带通滤波的局限性和参数选择的谨慎性，FTP方法在对象形状随时间变化 的复杂动态场景中实现自动处理时具有较大的挑战性。另一种是相移轮廓术(PSP)，与FTP相比，PSP以其更高的精度，更大的分辨率，更低的复杂度以 及对环境光的不敏感性而闻名。因此，PSP更适合用于高速高精度三维人脸数据 的采集。

但不论结构光还是双目立体视觉，在现有的三维人脸采集与识别的系统中， 结构光投射装置在系统实现和控制方式方面都存在着系统复杂，控制难度高， 造价高不易兼顾实际工程等一系列问题。

现行的三维人脸测量的投射装置大多数是数字投影仪(DLP)或振镜。DLP 分辨率高、对比度强，但体积大，不利于小型化(如四川川大智胜软件股份有限 公司研制的高精度三维全脸照相机)；振镜虽然体积小，但受输出功率限制，亮 度低，对比度差，导致测量精度较低(如Inter的RealSense、奥比中光的Astra 系统等)；更重要的是二者的成本均较高，不利于工程化大规模生产。因此研制 一种简单、易控、低成本及高速投影的空间结构光投射装置，对重建高速高精 度三维人脸模型具有重要意义。

因此，如今需要在保证测量精度的同时，能减小集成体积、降低成本、实 现高速采集的一种光栅平动结构光三维测量系统及三维测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的没有小型化、低成本的高精度 三维重建系统，提供一种光栅平动结构光三维测量系统及三维测量方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种光栅平动结构光三维测量系统，包括正弦结构光投射模组、双目采集 模组以及控制器，

所述双目采集模组包括两个IR采集相机以及纹理RGB相机；两个所述IR 采集相机分别设置在所述系统的两侧，所述纹理RGB相机以及所述正弦结构光 投射模组均设置于两个所述IR采集相机之间；所述纹理RGB相机用于采集目 标物体的全面彩色信息和高频细节；