[发明专利]一种透过散射介质的快速三维成像方法

权利要求书

1.一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，采用的成像装置包括图像采集器、参考平面和数字光投影仪，数字光投影仪发射的信号经参考平面反射，经散射介质（2）后被图像采集器接收，所述三维成像方法包括以下步骤：

S1、系统校正：获得成像装置的点扩散函数；

S2、向参考平面投影一帧或多帧正弦条纹，经参考平面反射通过散射介质（2）后，通过图像采集器采集对应散斑；

S3、将被测物体固定到参考平面，向被测物体投影相同的正弦条纹，通过图像采集器采集经物体表面反射并通过散射介质（2）后的受物体高度调制的变形条纹所对应的散斑；

S4、对步骤S2和S3得到的散斑分别与系统的点扩散函数进行反卷积运算，得到经参考平面后的正弦条纹和经过物体调制后的正弦条纹，利用相位恢复算法获取与物体三维信息点/点对应的相位，实现透过散射介质快速三维成像。

2.根据权利要求1所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，成像装置的点扩散函数的获得方法为：透过散射介质分别采集尺寸为3×3个像素的点光源O_P所对应的散斑Oc，通过点光源与散斑获取点扩散函数。

3.根据权利要求1所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，数字光投影仪（5）与图像采集器（1）在同一垂直或水平平面内，且二者主光轴存在夹角。

4.根据权利要求1所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，所述步骤S2中，投影一帧正弦条纹时，对应地，所述步骤S4的具体步骤为：

S411、对步骤S2和S3得到的散斑分别与系统的点扩散函数进行反卷积运算，得到透射散射介质并分别经参考平面反射后的正弦条纹和经过物体调制后的正弦条纹，然后进行快速做傅里叶变换得到对应的频域谱分布，滤出基频分量；

S412、然后通过逆傅里叶变换获取截断相位；

S413、通过相位展开算法获得与物体三维形貌点对点对应的相位信息，实现透过散射介质的三维成像。

5.根据权利要求4所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，所述步骤S2中，投影的一帧正弦条纹的表达式为：；其中，I_p表示强度，（x_p，y_p）表示二维坐标，a_p表示投影条纹图像的平均灰度，b_p表示投影条纹图像的调制强度，f_p表示投影条纹的频率。

6.根据权利要求1所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，所述步骤S2中，投影多帧正弦条纹时，各帧图像的相移量为δ=2π/N，其中N表示投影正弦条纹的帧数，对应地，所述步骤S4的具体步骤为：

S421、对步骤S2和S3得到的散斑分别与系统的点扩散函数进行反卷积运算，得到透过散射介质并分别经参考平面后反射的条纹图案I_srn（n=1,2，……N）和经过物体调制后的条纹图案I_son（n=1,2，……N）；

S422、分别计算参考平面的截断相位W_r和被成像物体相应的截断相位W_O，计算公式为：

S423、通过相位展开算法获得与物体三维形貌点对点对应的相位信息，实现透过散射介质的快速三维成像。

7.根据权利要求6所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，所述N取值为3。

8.根据权利要求7所述的一种透过散射介质的快速三维成像方法，其特征在于，投影的三帧正弦条纹的表达式为：；其中，I_p表示强度，（x_p，y_p）表示二维坐标，a_p表示投影条纹图像的平均灰度，b_p表示投影条纹图像的调制强度，f_p表示投影条纹的频率。