[发明专利]一种基于四步相移编码型面结构光的三维重建方法

摘要

本发明提供了一种基于四步相移编码型面结构光的三维重建方法，该方法主要包括以下步骤：1)生成四幅具有特殊相移编码形式面结构图案；2)将该四幅结构光图案通过投影仪投影至被测物体表面，同时相机同步采集对应的变形光栅；3)从被采集的四幅图像中同时反解出包裹相位及相移信息；4)从相移信息中解算得到级数信息，结合前一步得到的包裹相位，最终解算得到绝对相位信息；5)利用得到的绝对相位信息与测量系统标定结果，得到物体表面的三维重建结果。本发明提供的一种基于四步相移编码型面结构光的三维重建方法仅需投射四张图像便可完成一次三维测量，可被广泛应用于高速、实时、高精度三维测量环境。

主权项

1.一种基于四步相移编码型面结构光的三维重建方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：步骤1：生成四步相移编码的结构光图案，其表达式如下：在上述4式中，为像素点(x,y)的光强，p代表投影仪，n＝1,2,3,4为对应的编码步数。A为生成光栅的平均光强系数，B为生成光栅的光强幅值调制系数。φ(x,y)为点(x,y)的所编码的绝对相位信息，α(x,y)为点(x,y)的所编码的相移信息。其中α(x,y)按如下方式编码：上式中N为生成光栅设定的条纹周期总数，k(x,y)为点(x,y)的级数，范围为[1，N]。步骤2：将生成的四幅面结构光图案输入投影仪，通过投影仪将四幅图案依次投射到被测物体上，同时相机同步采集该四幅因为物体表面调制而发生变形的结构光图案。四幅被采集图像的光强可以表示为：在上述四式中，为被采集图像像素点(x,y)的光强，c代表相机。A′为采集光栅的平均光强系数，B′为采集光栅的光强幅值调制系数。步骤3：基于步骤2中相机采集得到的四幅图像，按照下式分别提取被采集图像中包含的相位信息与相移信息：其中为包裹相位。步骤4：基于3中获得的包裹相位与相移α(x,y)，求解得到被捕捉图像中包含的绝对相位。通过相移α(x,y)首先求解得到条纹周期对应的条纹级数：其中Round函数为四舍五入取整函数。然后依据上式求得的条纹级数，可以解得绝对相位：步骤5：通过相位信息与预先标定的投影仪‑相机系统的相位‑三维坐标关系计算物体表面点的三维坐标数据，即可完成待测物体三维重建。