[发明专利]一种调制二进制码于周期边缘的三维测量方法

说明书

本发明的目的在于提出一种调制二进制码于周期边缘的三维测量方法，包括以下步骤：步骤A：根据相位的级次总数和二进制码的编码规则，将级次总数换算为二进制码，将二进制码调制于周期边缘；步骤B：根据N步相移法的要求生成N幅调制二进制码于周期边缘的正弦条纹图案和一幅周期边缘定位图案；步骤C：投影仪投影生成的N幅正弦条纹图案和一幅周期边缘的定位图案到待测物体表面；步骤D：根据N步相移法对相机采集的N幅正弦条纹图案求解包裹相位和均值强度；步骤E：根据相机采集的周期边缘定位图案；步骤F：对于包裹相位的每个像素，将二进制码换算为十进制码，步骤G：根据三角测距重建三维点云，建成待测物体的三维模型。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，特别是一种调制二进制码于周期边缘的三维测量方法。

背景技术

结构光测量技术具有非接触、全场无损耗测量、高精度、速度快等优点,已在工业检测、机器视觉、文物数字化、医学等领域得到大量运用。在现有的结构光测量系统中，由一个相机和一个投影仪组成的结构光三维测量系统，因具有结构简单、点云重建效率高等优点而被广泛使用。典型的单相机结构光三维测量系统在测量过程中由投影装置把条纹图案投影到被测物体表面,同时使用相机拍摄经被测物体高度调制而发生变形的条纹图案,然后通过对变形的条纹图像进行处理,计算出代表物体高度的相位信息,最后根据相位信息和已标定出的系统参数，利用三角原理获得被测物体的三维信息。

结构光的三维测量主要分为两个步骤，即包裹相位的求解和绝对相位的求解。根据绝对相位求解原理的不同，求解绝对相位的方法又可分为时间相位展开方法、空间相位展开方法、立体相位展开方法。空间相位展开方法所需的投影图案幅数少，可用于动态场景测量，但是解相的精度相对较低；立体相位展开方法虽然能够解决空间相位展开解相精度低的问题，但是需要增加额外的相机设备辅助解包裹。时间相位展开方法因为其精度高、鲁棒性强、适应性广、设备简单等优点被广泛应用，但是传统的时间相位展开方法如多频外差法、相位编码法、格雷码编码法等都需要投影大量的条纹图案，增加了解包裹的时间，对待测物体的运动敏感。因此，为了实现高速高精度的三维测量，减少用于相位解包裹需要的投影数量一直是条纹相移轮廓术的研究重点。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种调制二进制码于周期边缘的三维测量方法，以解决空间相位展开精度低和时间相位展开速度慢的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种调制二进制码于周期边缘的三维测量方法，包括以下步骤：

步骤A：根据相位的级次总数和二进制码的编码规则，将级次总数换算为二进制码，将二进制码调制于周期边缘；

步骤B：根据N步相移法的要求生成N幅调制二进制码于周期边缘的正弦条纹图案和一幅周期边缘定位图案；

步骤C：投影仪投影生成的N幅正弦条纹图案和一幅周期边缘的定位图案到待测物体表面，相机采集待测物体表面变形的图案；

步骤D：根据N步相移法对相机采集的N幅正弦条纹图案求解包裹相位和均值强度；

步骤E：根据相机采集的周期边缘定位图案，利用周期边缘的灰度与邻域不同的特征，使用边缘提取算法提取所有的边缘坐标；

步骤F：对于包裹相位的每个像素，找到最近的边缘坐标，计算该边缘坐标的边缘码值序列对应的二进制码，将二进制码换算为十进制码，确定该像素的条纹级次，逐像素解包裹得到绝对相位；

步骤G：根据三角测距重建三维点云，建成待测物体的三维模型。

优选的，所述步骤A中将级次总数换算为二进制码的规则如下：

对每个周期边缘的像素对应的值进行赋值，其中赋值的结果为0或255，每个周期边缘的像素对应的值组合形成边缘码值序列。