一种应用于明暗反差大场景的高精度三维重建方法

摘要

本发明属于三维机器视觉领域，涉及一种应用于明暗反差大场景的高精度三维重建方法。该方法通过投射λ1、λ2、λ3三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4-8步。假设λ1＞λ2＞λ3，如果相移光栅为竖向排列，则三种波长应满足λ1≥LRλ1＝Mλ2λ2＝Nλ3(M和N为整数)；如果相移光栅为横向排列，则三种波长应满足的关系λ1≥Lc λ1＝Mλ2 λ2＝Nλ3(M和N为整数)。利用λ1、λ2的相位信息，计算λ3的全局相位信息，进而获得被测物体的三维坐标。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

1.一种应用于明暗反差大场景的高精度三维重建方法，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L_R×L_C；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C_R×C_C，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：选取合适的λ₁、λ₂、λ₃三种波长的正弦或者余弦函数光栅，所述的三种波长的光栅的用途是，经过所述光学投影装置转化为亮度信息后，可以向物体投射相移光栅。λ₁、λ₂、λ₃的数值不同，为了表述方便，本发明暂且假设λ₁＞λ₂＞λ₃，如果相移光栅为竖向排列，则三种波长应满足的关系如下式所示：λ₁≥L_R λ₁＝Mλ₂ λ₂＝Nλ₃(M和N为整数)        公式(1)如果相移光栅为横向排列，则三种波长应满足的关系如下：λ₁≥L_c λ₁＝Mλ₂ λ₂＝Nλ₃(M和N为整数)        公式(2)步骤2：利用所述的光源投射装置，向物体分别投射波长为λ₁、λ₂、λ₃的相移光栅，投射顺序无需限定，即投射顺序可以是λ₁-λ₂-λ₃、λ₁-λ₃-λ₂、λ₂-λ₁-λ₃、λ₂-λ₃-λ₁、λ₃-λ₁-λ₂或者λ₃-λ₂-λ₁六种方式中的任何一种，相移的步数应大于3步，最好为4-8步；步骤3：采集每幅相移图像，并计算图像上每个点(x，y)在λ₁、λ₂、λ₃三种波长情况下的相位θ₁(x，y)、θ₂(x，y)、θ₃(x，y)；步骤4：对于在λ₃波长相移光栅中的每个点(x，y)，利用其原始相位θ₃(x，y)，按如下公式计算其全局相位θ_3-G(x，y)；${\theta }_{3-G}(x,y)={\theta }_3(x,y)+2\pi \times \left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{{\theta }_1(x,y)}{2\pi }\right)\times \frac{{\lambda }_1}{{\lambda }_2}\times \frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_3}+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{{\theta }_2(x,y)}{2\pi }\right)\times \frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_3}$公式(3)其中：θ₃(x，y)：为波长为λ₃的情况下，(x，y)点的原始相位；为波长为λ₃的情况下，(x，y)点的全局相位；θ₁(x，y)：为波长为λ₁的情况下，(x，y)点的原始相位；θ₂(x，y)：为波长为λ₂的情况下，(x，y)点的原始相位；步骤5：将步骤4中所得到的每个点的全局相位信息θ_3-G(x，y)，利用已有的成熟的相位测量方法，计算每个点的三维坐标信息，进而获得被测场景的全部的三维坐标信息，三维重建方法结束。