复合编码多分辨三维数字成像方法

摘要

本发明公开了一种利用复合编码实现多分辨三维数字成像的方法，即，基于点阵投影和条纹投影相结合的三维数字化技术。该方法采用数字投影照明发射器、图像传感接收器和图像处理器构成的成像装置。以发射器出瞳、图像传感接收器入瞳与形成三角测量系统；首先，利用点阵投影三维数字成像没有相位模糊的特点，以点阵编码获取物体的较低分辨率的三维深度像，再投射条纹到物体表面，利用空间相位调制精度高的特点，结合已经获得的物体低分辨深度像进行相位展开，进一步获取被测物体更精细的多分辨三维数字像。本发明结合了点阵投影和条纹投影两种不同编码方式的三维数字成像方法的优点，三维数字成像精度高，对拓扑复杂的曲面有较强的普适性。

主权项

1、一种复合编码多分辨三维数字成像方法，采用包括数字投影照明发射器、图像传感接收器和图像处理器的成像装置，利用点阵编码和条纹编码实现多分辨三维数字成像，其特征在于包括以下过程：1)数字投影照明发射器投射不同疏密程度的二维点阵图形照明物体，偏转图像传感接收器使其光轴与投影点阵照明场的中心位于同一直线，数字投影照明发射器的出瞳、图像传感接收器的入瞳和照明场的中心构成一个三角形，以数字投影照明发射器的出瞳与图像传感接收器的入瞳之间的连线为基线，它和投射在物体的所有点阵的中心构成了若干三角形，形成了三角测量系统；根据仿射变换的原理，分别投影在参考平面和被测物体表面的编码点阵，经过坐标旋转、平移和透视投影变换，分别得到参考平面和被测物体表面上的编码点阵在图像接收传感器平面上的空间坐标的解析式，并进一步得到参考平面和被测物体表面上两个点阵相对应点之间在成像平面x方向上的位置差与被测物体在相应点处深度值之间的关系；从而数字投影照明发射器投射二维空间点阵结构光照明，在图像接收传感器得到参考平面的点阵图像和投射在被测物体表面上的点阵图像，据已知系统光路几何参数，图像处理器计算点阵图像相应点之间在x方向上的位置差，再根据位置差与被测物体在相应点处深度值之间的关系计算出物体的深度图像；2)数字投影照明发射器再投射条纹结构光照射被测物体表面，所投射的条纹结构光是单一频率条纹，或是时序变频条纹序列；对于单一频率条纹结构光，用相位映射的方法，结合点阵投影已经获得的物体较低分辨率的深度像进行相位展开，进一步获取更精细的多分辨三维数字像；对于时序变频条纹序列结构光投影，分别得到编码的条纹强度分布图序列，利用“相移算法”计算出各频率条纹强度分布图的相位图，在每个相位图中消除2π不确定性，从而对景物得到分辨率依次递进的深度像；此时点阵投影的作用是利用它获得的物体深度值确定变频条纹序列的边界条件，有效地节省相位展开过程中所需的二维编码条纹图，增加了相位展开算法的实时性；进一步获取精度更高、更精细物体多分辨三维数字像。