CN103033147A - 一种结构光三维测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构光三维测量装置，其包括：投影仪，其用于对待测物分别投射具有一定时序的格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；取像仪，其用于对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；中央处理器，其用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码，还用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码；还用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。本发明的优点在于：能够较佳准确地确定待测物的表面三维轮廓数据。本发明还涉及另一种软件实现的结构光三维测量装置及其测量方法。

Description

一种结构光三维测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置及其测量方法，尤其涉及一种结构光三维测量装置及其测量方法。

背景技术

随着传感技术、控制技术和制造技术等相关技术的发展以及人们生产生活中的需要，三维测量技术逐渐成为了几何测量技术中的重点研究领域[1-2]。该技术通过一系列测量方法，获取被测物体表面三维轮廓数据。

三维测量技术经过几十年的发展己经从原始的手工测量、机械测量发展到现在的三维面形图像测量。总体来说所有三维测量技术都可以分为接触式与非接触式两大类，具体测量方式分类如图1所示。

目前世界上三维测量理论的发展己经趋近成熟，但其在具体的应用方面还存在着诸多的局限性。就当前的三维测量产品说来，还存在着一些共同的不足之处，这也制约了三维测量技术的测量效率与精度，其中一些主要的缺点有以下几点:

1、由于系统测量视角的原因，大多数测量装置只能同时测量物体的某一个面，在测量整个物体时需要多次测量以获得多个角度的三维信息，因此，在拼接测量得到的多片三维数据时易产生人为的拼接误差，也会使得测量的效率降低。

2、现有的测量系统操作复杂，测量准备时间较长，对外部环境要求较高，而且所得测量数据处理速度慢。

3、现有三维测量系统对三维数据处理能力不够完善，对进一步的数据处理不够深入，相关配套软件也不完备。

4、一般现在的三维处理系统售价昂贵，普遍都在几十万元以上，对于一般性的小型三维测量而言，性价比不高，很难得到广泛使用。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够较佳准确地确定待测物的表面三维轮廓数据的结构光三维测量装置及测量方法。

本发明是这样实现的，一种结构光三维测量装置，其包括：

投影仪，其用于对待测物分别投射具有一定时序的格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；

取像仪，其用于对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；以及

中央处理器，其用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i；

该中央处理器还用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t；以及

该中央处理器还用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

作为上述方案的进一步改进，K_i满足以下公式：

K_i=2^4n-i+((G₀G₁G₂ ΛG_i-1)₂)₁₀·2^4n-i-1；其中，4n为格雷码条纹图像总数；i=1，2，……，4n，为格雷码条纹图像的序数；G_i表示第i幅格雷码条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

作为上述方案的进一步改进，Y_t满足以下公式：Y_t=2^4n-t+((G₀G₁G₂ ΛG_t-1)₂)₁₀·2^4n-t-1；其中，4n为线移条纹图像总数；t=1，2，……，4n，为线移条纹图像的序数；G_t表示第t幅线移条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

作为上述方案的进一步改进，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

作为上述方案的进一步改进，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

作为上述方案的进一步改进，改变投影用的投射角范围，获取新的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t，根据两次获得的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

本发明还提供另一种结构光三维测量装置，其包括：

投影模块，其用于对待测物分别投射具有一定时序的格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；

取像模块，其用于对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；以及

数据处理模块，其包括：

格雷码条纹图像解码模块，其用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i；

线移条纹图案解码模块，其用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t；以及

整合模块，其用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

作为上述方案的进一步改进，K_i满足以下公式：

K_i=2^4n-i+((G₀G₁G₂ ΛG_i-1)₂)₁₀·2^4n-i-1；其中，4n为格雷码条纹图像总数；i=1，2，……，4n，为格雷码条纹图像的序数；G_i表示第i幅格雷码条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

作为上述方案的进一步改进，Y_t满足以下公式：Y_t=2^4n-t+((G₀G₁G₂ ΛG_t-1)₂)₁₀·2^4n-t-1；其中，4n为线移条纹图像总数；t=1，2，……，4n，为线移条纹图像的序数；G_t表示第t幅线移条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

作为上述方案的进一步改进，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

作为上述方案的进一步改进，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

作为上述方案的进一步改进，改变投影用的投射角范围，获取新的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t，根据两次获得的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

该两种结构光三维测量装置的区别在于，其一为实体部件，其二为软件部件。

本发明还提供一种结构光三维测量方法，其包括以下步骤：

对待测物分别投射具有一定时序的格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；

对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；

获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i；

获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t；以及

根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

作为上述方案的进一步改进，K_i满足以下公式：

K_i=2^4n-i+((G₀G₁G₂ ΛG_i-1)₂)₁₀·2^4n-i-1；其中，4n为格雷码条纹图像总数；i=1，2，……，4n，为格雷码条纹图像的序数；G_i表示第i幅格雷码条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

作为上述方案的进一步改进，Y_t满足以下公式：Y_t=2^4n-t+((G₀G₁G₂ ΛG_t-1)₂)₁₀·2^4n-t-1；其中，4n为线移条纹图像总数；t=1，2，……，4n，为线移条纹图像的序数；G_t表示第t幅线移条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

作为上述方案的进一步改进，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

作为上述方案的进一步改进，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

作为上述方案的进一步改进，改变投影用的投射角范围，获取新的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t，根据两次获得的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

本发明与现有技术相比，本发明的结构光三维测量装置及测量方法，通过获得较佳精确的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t，从而能够较佳的计算该待测物的表面三维轮廓数据。本发明的结构光三维测量装置及测量方法的优点为：1)非接触扫描：特别适用用柔软、易变型的物体测量；2）速度快、自动化程度高、造价较低。

附图说明

图1是现有三维测量技术的分类示意图。

图2是本发明较佳实施方式提供的结构光三维测量装置的硬件结构示意图。

图3是本发明较佳实施方式提供的结构光三维测量装置的软件模块结构示意图。

图4是条纹边缘排列序号。

图5是投射角空间划分。

图6是线移条纹中心编码解码原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，其为本发明较佳实施方式提供的结构光三维测量系统的硬件结构示意图，结构光三维测量装置包括投影仪1、取像仪2以及中央处理器3。

投影仪1用于对待测物分别投射具有一定时序的格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案。取像仪2用于对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像。

中央处理器3用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i。

该中央处理器3还用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t。

该中央处理器3还用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

投影仪1、取像仪2以及中央处理器3的功能需要通过软件来实现，请结合图3，其是结构光三维测量装置的软件模块结构示意图。投影仪1安装有投影模块4完成投影功能，取像仪2安装有取像模块5完成取像功能，中央处理器3安装有数据处理模块6完成数据处理功能。取像仪2可以为相机或摄像机，中央处理器3可以为电脑CPU，也可以为取像仪2的CPU，还可以为投影仪1的CPU。当然，投影仪1、取像仪2以及中央处理器3也可以集中在一起，如具有投影、取像功能的电脑。

数据处理模块6更进一步的包括格雷码条纹图像解码模块7、线移条纹图案解码模块8以及整合模块9来实现中央处理器3的数据处理功能。

具体地，格雷码条纹图像解码模块7用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i。

线移条纹图案解码模块8用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t。

整合模块9用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

下面进一步展开详细的介绍。

结构光三维测量关键问题之一是准确地确定图像采样点并求其投射角本发明提出一种以时序向被测物体表面投射格雷（Gray）码和线移条纹进行编码，用亚像素定位技术提取格雷码条纹边缘和线移条纹中心，其上点作为图像采样点进行解码求取投射角的方法，该方法避免了格雷（Gray）码固有的一位解码误差对计算投射角的影响，保留了格雷（Gray）码对被测物体表面陡峭部分适应能力强的优点，同时提高图像采样点密度，另外采用编码图案正交投射可以提高图像采样点的定位准确度及其与物面采样点的对应准确度。

1、格雷（Gray）码条纹边缘编码解码

由投影仪向被测物投射黑白相间的格雷（Gray）码条纹进行编码；解码时，采用亚像素定位技术提取各幅强度图像（二值化前）中的条纹边缘，将边缘上点作为图像采样点。然后按其在强度图像（二值化后）中的灰度值（0或1）确定编码值，进而求其投射角。

解码步骤如下：

1）确定强度图像中条纹边缘的排列序号。如图4所示，以投射4幅格雷（Gray）码图案为例，其中共包含2⁴-1=15个边缘。若求取第4幅强度图像中某边缘的排列序号，则按其在前几幅（即1、2、3幅）强度图像中（二值化后）相应位置处的灰度值（0或1）确定编码值，再根据编码值由（1）式求其边缘排列序号。

K_i=2^4n-i+((G₀G₁G₂ ΛG_i-1)₂)₁₀·2^4n-i-1（1）

其中，4n为格雷码条纹图像总数；i=1，2，……，4n，为格雷码条纹图像的序数；G_i表示第i幅格雷码条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

2）求边缘排列序号K_i对应的投射角。设投影仪的投射角范围为2α₁，投射角中线与x轴的夹角为α₀。以投射3幅编码图案为例，7个条纹边缘在投射角空间中所处位置为A、B、C、D、E、F、G，其排列序号分别为1、2、3、4、5、6、7，见图5。将边缘排列序号K_i代入式（2），可求得其对应的投射角

${\mathrm{\α}}_i={\mathrm{\α}}_0+\arctan [(2^{4n-1}-K_i)\·\left(\frac{\tan {\mathrm{\α}}_1}{2^{4n-1}}\right)]---\left(2\right)$

与CCD像素点中心解码比较，上述解码方法的优点如图4所示，虚线所示边缘均处于前几幅强度图像的条纹内部而非边缘，因此其码值不易被误判。该方法在理论上消除了格雷（Gray）码固有的一位解码误差对投射角求取的影响。

2、线移条纹中心编码解码

格雷（Gray）码条纹边缘解码提高了投射角求取准确度，但在一定程度上降低了图像采样点密度。理论上当强度图像中的最细条纹宽度为1个CCD象素时，Gray码边缘解码才能获得与象素中心解码相同的采样密度。本发明提出继续投射4幅线移条纹图案的方法，在Gray码边缘解码的基础上将采样密度提高了一倍，同时保证了图像采样点的亚象素准确度定位。如图6左图所示，线移周期与Gray码周期宽度相等。每个线移周期中包含1个白条纹、3个黑条纹。白条纹宽度与Gray码图案中最细条纹宽度相等，方向与Gray码条纹平行。相邻两幅图案依次平移一个条纹距离。解码时，采用亚象素定位技术提取各幅强度图像中白条纹中心，将中心线上点作为图像采样点，然后按其在强度图像（二值化后）中对应的灰度值（0或1），确定编码值Y_t，将其带入式（3）求取投射角。

Y_t满足以下公式：Y_t=2^4n-t+((G₀G₁G₂ ΛG_t-1)₂)₁₀·2^4n-t-1；其中，4n为线移条纹图像总数；t=1，2，……，4n，为线移条纹图像的序数；G_t表示第t幅线移条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

${\mathrm{\α}}_i={\mathrm{\α}}_0+\arctan [\tan {\mathrm{\α}}_1\·(1-\frac{1}{2^{4n-2}}+\frac{Y_t}{2^{4n-1}})]---\left(3\right)$

由图6左图可知，理论上白条纹中心线均处于Gray码条纹内部而非边缘位置，使其码值不易被误判，不存在解码误差。此外，白条纹间距与Gray码最小条纹间距相等。因此，在被测物面陡峭部分二者具有相同的适应能力。

由图6右图可知，Gray码条纹边缘和线移条纹中心均不重合，相距0.5个条纹宽度。因此将二者结合解码可将图像采样点密度由单条纹宽度提高到0.5条纹宽度。当最细条纹宽度为2个象素时，图像采样点密度约为1个象素宽；当单条纹宽度为1个象素时，图像采样点密度约为0.5个象素宽。

投射垂直方向的Gray码和线移条纹，可获得该方向上若干条亚象素准确度的定位线。但要得到图像采样点和被测物面采样点的亚象素准确度对应，需再投射一组与其正交的编码图案。两组正交定位线的交点在强度图像中与被测物面上可达亚象素准确度对应。

综上所述，本发明的结构光三维测量装置及测量方法，通过获得较佳精确的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t，从而能够较佳的计算该待测物的表面三维轮廓数据。

本发明的结构光三维测量装置及测量方法的优点为：1)非接触扫描：特别适用用柔软、易变型的物体测量；2）速度快、自动化程度高、造价较低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种结构光三维测量装置，其特征在于，其包括：

投影仪，其用于对待测物分别投射具有一定时序的格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；

取像仪，其用于对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；以及

中央处理器，其用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i；

该中央处理器还用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t；以及

该中央处理器还用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

2.一种结构光三维测量装置，其特征在于，其包括：

投影模块，其用于对待测物分别投射具有一定时序的射格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；

取像模块，其用于对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；以及

数据处理模块，其包括：

格雷码条纹图像解码模块，其用于获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i；

线移条纹图案解码模块，其用于获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t；以及

整合模块，其用于根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

3.如权利要求1或2所述的结构光三维测量装置，其特征在于，K_i满足以下公式：

K_ii=2^4n-i+((G₀G₁G₂ ΛG_i-1)₂)₁₀·2^4n-i-1；其中，4n为格雷码条纹图像总数；i=1，2，……，4n，为格雷码条纹图像的序数；G_i表示第i幅格雷码条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

4.如权利要求1或2所述的结构光三维测量装置，其特征在于，Y_t满足以下公式：

Y_t=2^4n-t+((G₀G₁G₂ ΛG_t-1)₂)₁₀·2^4n-t-1；其中，4n为线移条纹图像总数；t=1，2，……，4n，为线移条纹图像的序数；G_t表示第t幅线移条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

5.如权利要求1或2所述的结构光三维测量装置，其特征在于，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

6.如权利要求1或2所述的结构光三维测量装置，其特征在于，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

7.如权利要求1或2所述的结构光三维测量装置，其特征在于，改变投影用的投射角范围，获取新的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t，根据两次获得的格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

8.一种结构光三维测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：

对待测物分别投射具有一定时序的射格雷码条纹图案、以及具有一定时序的线移条纹图案；

对该待测物取像获得若干时序变化的格雷码条纹图像以及若干时序变化的线移条纹图像；

获取至少4n幅时序连续变化的格雷码条纹图像，其中，n为正整数，并进行解码：提取该至少4n幅格雷码条纹图像中的条纹边缘，所有条纹边缘数为2⁴ⁿ-1，在每幅格雷码条纹图像的处理中，将其所有条纹边缘h上点作为图像采样点，其中，h为正整数代表条纹边缘的排列序号，然后按条纹边缘h上点在相应格雷码条纹图像中的灰度值G_i确定该格雷码条纹图像的编码值K_i，其中，i=1，2，……，4n代表格雷码条纹图像的序数，进而求其投射角α_i；

获取至少4n幅时序连续变化的线移条纹图案，并进行解码：提取每幅线移条纹图案中的白条纹中心，所有白条纹中心数为2⁴ⁿ，将每个白条纹中心线t上点作为图像采样点，其中，t为正整数代表白条纹中心线的排列序号，然后按该白条纹中心线t上点在相应线移条纹图案中的灰度值确定编码值Y_t，进而求其投射角α_t；以及

根据格雷码条纹图像的投射角α_i以及线移条纹图案的投射角α_t计算该待测物的表面三维轮廓数据。

9.如权利要求8所述的结构光三维测量方法，其特征在于，K_i满足以下公式：

K_i=2^4n-i+((G₀G₁G₂ ΛG_i-1)₂)₁₀·2^4n-i-1；其中，4n为格雷码条纹图像总数；i=1，2，……，4n，为格雷码条纹图像的序数；G_i表示第i幅格雷码条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

10.如权利要求8所述的结构光三维测量方法，其特征在于，Y_t满足以下公式：Y_t=2^4n-t+((G₀G₁G₂ ΛG_t-1)₂)₁₀·2^4n-t-1；其中，4n为线移条纹图像总数；t=1，2，……，4n，为线移条纹图像的序数；G_t表示第t幅线移条纹图像中的灰度值，其中，G₀为初始值，令G₀=0。

11.如权利要求8所述的结构光三维测量方法，其特征在于，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

12.如权利要求8所述的结构光三维测量方法，其特征在于，投射角α_t满足以下公式：

，其中，2α₁为投影用的投射角范围，α₀为投射角2α₁的中线与x轴的夹角，x轴为平行于水平地面。

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