[发明专利]一种高精度多波长三维测量方法

摘要

本发明属于三维机器视觉领域，涉及一种高精度多波长三维重建方法。该方法通过投射λ1、λ2......λnn种波长的正弦或者余弦规律变化的光信息，每种光信息经过至少3步相移，最好3-8步。对于分辨率为LR×LC的光源投射装置，如果相移光栅的投射方向为纵向，则所选的波长中的第一个波长的长度λ1＝LR；如果相移光栅的投射方向为横向，则所选的波长中的第一个波长的长度为λ1＝LC；第二个波长的长度为第一个波长长度的1/2，即：λ2＝λ1/2，第三个波长的长度为第二个波长长度的1/2，即：λ3＝λ2/2，依次类推。通过本发明所设计的解相方法，可以获得每个波长的全局相位Φk(x，y)，k＝1-n，利用最终的Φn(x，y)，可以解算物体的高精度三维坐标。本发明所设计的三维重建方法，优于传统的格雷码和外差多频方法的三维重建方法，可以有效的解决三维测量中复杂场景以及被测物体表面颜色不一致的测量难题，无需喷涂显影剂，更加绿色环保。

主权项

一种高精度多波长三维重建方法，本发明所述的三维重建方法可应用到如下的硬件系统中：用于投射光信号的光源投射装置，光源投射装置的分辨率为LR×LC；用于精度控制、图像采集和数据处理的计算机；用于采集图像的彩色摄像机，图像分辨率为CR×CC，相机个数为1‑2个；用于放置所述的光源投射装置和所述的彩色摄像机的扫描平台；所述的高精度三维重建方法，其特征是，其操作步骤如下：步骤1：对于分辨率为LR×LC的光源投射装置，选择n个波长进行正弦或者余弦光信号的投射，如果相移光栅的投射方向为纵向，则所选的波长中的第一个波长的长度λ1＝LR；如果相移光栅的投射方向为横向，则所选的波长中的第一个波长的长度为λ1＝LC；第二个波长的长度为第一个波长长度的1/2，即：λ2＝λ1/2，第三个波长的长度为第二个波长长度的1/2，即：λ3＝λ2/2，依次类推，直到第n个波长的长度λn落入最佳三维重建波长范围，即15≤λn≤30；步骤2：对于每种波长的正弦波，投射超过3步的相移光栅(最好为3‑8步)，通过相移光栅投射在物体上的亮度值，计算该点(x，y)的局部相位值φ(x，y)；步骤3：计算第一个波长光信号所对应的全局相位Φ1(x，y)，其值满足关系式：Φ1(x，y)≡φ1(x，y)，设置计数变量k，并设定其初始值k＝2；步骤4：通过下式获得其全局相位Φk(x，y)：Φk(x，y)＝2πmk(x，y)+φk(x，y)                (1)其中： m k ( x , y ) = Round ( Φ k - 1 ( x , y ) π - φ k ( x , y ) 2 π ) k执行加1的运算，如果k值小于n，则执行步骤4，否则执行步骤5；步骤5：对于波长最短的正弦信号λn，利用其通过步骤4获得的最终全局相位Φn(x，y)和事先标定好的参数，利用下面公式获得图像中(x，y)点所对应的三维坐标(X，Y，Z)： X = x × R x Y = y × R y Z = Φ n ( x , y ) × L Φ n ( x , y ) + 2 π f 0 D - - - ( 2 ) 其中：D为投影光源与摄像机之间的距离；L为摄像机与参考平面的距离；f0为投影光源投射的正弦或者余弦信号波的频率；Rx图像在X轴方向相邻像素点的距离值；Ry图像在Y轴方向相邻像素点的距离值；至此，本发明所设计的三维重建方法结束。