CN111023996B - 一种单帧动态三维测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单帧动态三维测量方法，包括：对图像的RGB三个颜色通道分别进行编码，得到单帧条纹图；将单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图的强度分布；根据变形条纹图的强度分布，去除变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图；对去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果；利用利萨如椭圆拟合方法对归一化处理结果进行处理，得到待测物体的相位信息；根据相位信息，得到待测物体的三维形貌信息。本发明的方法将利萨如椭圆拟合技术提取物体的相位信息应用到条纹投影系统，仅采用单帧条纹即可重建物体的三维形貌，计算更简便，重建的三维形貌具有较高的鲁棒性和精确度。
Description
技术领域
本发明属于基于条纹投影的物体三维测量技术领域，具体涉及一种单帧动态三维测量方法。
背景技术
在三维物体面形测量领域中，基于条纹投影技术的三维物体测量技术在各个领域已被广泛应用，例如，工业检测，人脸检测，医疗整形等，由于其低成本，高精度，高可靠和非接触性成为三维物体测量技术中最具商业化和最有效的方法之一。该技术是利用投影仪将条纹投影到待测物体表面，被测物体形貌的变化导致条纹发生形变，对这种条纹形变进行分析并提取变形条纹图的相位信息进而获取物体的高度信息。基于条纹投影技术的相位提取技术可以分为多帧和单帧的方法。
多帧方法，例如相移轮廓术，该方法至少需要三帧条纹图提取物体的相位，投影仪投影一系列条纹图至待测物体表面，待测物体形貌的变化导致条纹发生形变，由相机捕获变形的条纹图，最后提取变形条纹图的相位信息并根据相位-高度映射关系式获取物体的三维形貌。由于需要多帧条纹图提取物体的相位，难以实现高速三维测量；当测量运动的物体时，所捕获的运动物体条纹图之间的相移量不均匀，会导致相位的测量误差；另外，当物体运动时，帧间的时间间隔不可忽略，因此将会导致无法捕获帧间物体的运动信息，进而将无法获得绝对相位进而出现相位模糊现象，此时，需要额外大量的条纹来进行时间相位展开以去除模糊现象，因此不能实现实时三维测量。
单帧方法，如傅里叶轮廓术，仅需一帧条纹图提取物体的相位信息，这种方法在快速测量时具有优势，但通常对噪音和表面纹理变化非常敏感以及由于频谱丢失导致该方法的重建精度并不高。
因此，提出一种可以精确地提取物体的相位信息以及实现快速三维测量的方法具有重要的应用价值和前景。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单帧动态三维测量方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种单帧动态三维测量方法，包括：
对图像的RGB三个颜色通道分别进行编码，得到单帧条纹图；
将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图的强度分布；
根据所述变形条纹图的强度分布，去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图；
对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果；
利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到所述待测物体的相位信息；
根据所述相位信息，得到所述待测物体的三维形貌信息。
在本发明的一个实施例中，对图像的RGB三个颜色通道分别进行编码，生成单帧条纹图，包括：
将图像的R颜色通道与B颜色通道编码为具有任意相移量的条纹图，将图像的G颜色通道编码为与R颜色通道条纹图和B颜色通道条纹图的背景强度相等的平面图，得到所述单帧条纹图，其中，所述单帧条纹图的强度为，
其中，(x,y)表示图像的像素点坐标，a表示图像的背景强度，b表示图像的对比度，f表示单帧条纹图的空间频率，
表示单帧条纹图的R颜色通道的强度，
表示单帧条纹图的G颜色通道的强度，
表示单帧条纹图的B颜色通道的强度，δ表示相移量。
在本发明的一个实施例中，将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图的强度分布，包括：
将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图；
对所述变形条纹图进行色彩分离，得到所述变形条纹图的强度分布，所述变形条纹图的强度分布为，
其中，Ir表示变形条纹图的R颜色通道的强度，Ig表示变形条纹图的G颜色通道的强度，Ib表示变形条纹图的B颜色通道的强度，Ar(x,y)表示变形条纹图的R颜色通道的背景强度，Br(x,y)表示变形条纹图的R颜色通道的对比度，Ag(x,y)表示变形条纹图的G颜色通道的背景强度，Ab(x,y)表示变形条纹图的B颜色通道的背景强度，Bb(x,y)表示变形条纹图的B颜色通道的对比度，
表示待测物体的相位信息。
在本发明的一个实施例中，根据所述变形条纹图的强度分布，去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图，包括：
对所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的背景强度进行矫正，使得所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道与G颜色通道的背景强度相等，所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的矫正结果如下：
Ir1(x,y)＝Ir(x,y)+mr-mg，
Ib1(x,y)＝Ib(x,y)+mb-mg，
其中，mr表示所述变形条纹图的R颜色通道的平均灰度值，mg表示所述变形条纹图的G颜色通道的平均灰度值，mb表示所述变形条纹图的B颜色通道的平均灰度值；
将所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的矫正结果去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图，所述去除背景强度的变形条纹图的表达式如下：
在本发明的一个实施例中，对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果，包括：
根据归一化公式对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果，其中，所述归一化公式如下：
其中，unorm表示归一化后的向量，<>表示内积，|| ||表示求范数；
所述归一化处理结果如下：
其中，k＝1,2,…,K表示所述变形条纹图中的像素点；
表示所述去除背景强度的变形条纹图的R颜色通道的归一化处理结果，
表示所述去除背景强度的变形条纹图的B颜色通道的归一化处理结果。
在本发明的一个实施例中，利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到所述待测物体的相位信息，包括：
利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到利萨如椭圆表达式；
根据所述利萨如椭圆表达式，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量；
根据所述相移量，得到所述测物体的相位信息。
在本发明的一个实施例中，利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到利萨如椭圆表达式，包括：
将所述去除背景强度的变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的归一化处理结果，分别相加和相减，简化后得到下式：
根据上式，得到利萨如椭圆表达式，
其中，x0＝0，y0＝0，(x0,y0)表示利萨如椭圆的圆心，
在本发明的一个实施例中，根据所述利萨如椭圆表达式，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量，包括：
对所述利萨如椭圆表达式进行变形转换，得到二次方程，
其中，
采用最小二乘法对所述二次方程进行求解，得到系数a和b，
根据所述系数a和b，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量，
在本发明的一个实施例中，根据所述相移量，得到所述测物体的相位信息，包括：
根据所述相移量，按照下式计算得到所述测物体的相位信息，
在本发明的一个实施例中，根据所述相位信息，得到所述待测物体的三维形貌信息，包括：
根据所述相位信息利用相位-高度映射关系，得到所述待测物体的三维形貌信息，
其中，l表示在测量系统中相机到待测物体参考平面的距离，d表示在测量系统中相机与投影仪之间的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的单帧动态三维测量方法，将利萨如椭圆拟合技术提取物体的相位信息应用到条纹投影系统，仅采用单帧条纹即可重建物体的三维形貌，与多帧相移方法相比，减少了条纹帧数，计算更简便，而且解决了傅里叶轮廓术由于频谱丢失导致的三维形貌重建精度不高的问题；
2、本发明的单帧动态三维测量方法，可以应用到动态三维测量中，同时，能够满足工业在线检测、人脸检测识别、文物保护、医疗整形等领域的需求，降低了三维检测经济成本，而且本发明方法重建的待测物体的三维形貌具有较高的鲁棒性，灵活性和精确度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的三维测量系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的三维测量系统的测量原理图；
图3是本发明实施例提供的一种单帧动态三维测量方法的流程图；
图4-图5是本发明实施例提供的一种参考相位图；
图6-图14是本发明实施例提供的一种仿真结果图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种单帧动态三维测量方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请结合参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的三维测量系统的结构示意图，图2是本发明实施例提供的三维测量系统的测量原理图。如图所示，三维测量系统的测量原理为利用投影仪将条纹投影到待测物体表面，待测物体形貌的变化导致条纹发生形变，由CCD相机捕获变形的条纹图，根据变形的条纹图提取物体的相位信息，并根据相位-高度映射关系式获取物体的三维形貌信息。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种单帧动态三维测量方法的流程图，如图所示，本实施例的单帧动态三维测量方法，包括：
S1：对图像的RGB三个颜色通道分别进行编码，得到单帧条纹图；
具体地，包括：
将图像的R颜色通道与B颜色通道编码为具有任意相移量的条纹图，将图像的G颜色通道编码为与R颜色通道条纹图和B颜色通道条纹图的背景强度相等的平面图，得到所述单帧条纹图，其中，所述单帧条纹图的强度为，
其中，(x,y)表示图像的像素点坐标，a表示图像的背景强度，b表示图像的对比度，f表示单帧条纹图的空间频率，
表示单帧条纹图的R颜色通道的强度，
表示单帧条纹图的G颜色通道的强度，
表示单帧条纹图的B颜色通道的强度，δ表示相移量。
在本实施例中，利用计算机按照公式(1)生成所述单帧条纹图，相移量δ为未知量。
S2：将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图的强度分布；
具体地，包括：
S21：将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图；
在本实施例中，利用投影仪将计算机生成的单帧条纹投影至待测物体表面，待测物体形貌的变化导致条纹发生形变，得到变形条纹图，由CCD相机捕获所述变形的条纹图。
S22：对所述变形条纹图进行色彩分离，得到所述变形条纹图的强度分布，所述变形条纹图的强度分布为，
其中，Ir表示变形条纹图的R颜色通道的强度，Ig表示变形条纹图的G颜色通道的强度，Ib表示变形条纹图的B颜色通道的强度，Ar(x,y)表示变形条纹图的R颜色通道的背景强度，Br(x,y)表示变形条纹图的R颜色通道的对比度，Ag(x,y)表示变形条纹图的G颜色通道的背景强度，Ab(x,y)表示变形条纹图的B颜色通道的背景强度，Bb(x,y)表示变形条纹图的B颜色通道的对比度，
表示待测物体的相位信息。
S3：根据所述变形条纹图的强度分布，去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图；
具体地，包括：
S31：对所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的背景强度进行矫正，使得所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道与G颜色通道的背景强度相等，所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的矫正结果如下：
Ir1(x,y)＝Ir(x,y)+mr-mg (3)，
Ib1(x,y)＝Ib(x,y)+mb-mg (4)，
其中，mr表示所述变形条纹图的R颜色通道的平均灰度值，mg表示所述变形条纹图的G颜色通道的平均灰度值，mb表示所述变形条纹图的B颜色通道的平均灰度值；
这是由于待测物体对不同的颜色通道具有不同的反射率，相机对不同颜色通道的响应也不同，故所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的背景强度与G颜色通道的背景强度并不相等，即，Ar(x,y)≠Ab(x,y)≠Ag(x,y)，因此，在去除所述变形条纹图的背景强度之前，需要对所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的背景强度进行矫正。
S32：将所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的矫正结果去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图，所述去除背景强度的变形条纹图的表达式如下：
S4：对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果；
具体地，包括：
根据归一化公式对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果，其中，所述归一化公式如下：
其中，unorm表示归一化后的向量，<>表示内积，|| ||表示求范数；
所述归一化处理结果如下：
其中，k＝1,2,…,K表示所述变形条纹图中的像素点；
表示所述去除背景强度的变形条纹图的R颜色通道的归一化处理结果，
表示所述去除背景强度的变形条纹图的B颜色通道的归一化处理结果。
通过归一化处理，可以消除由于变形条纹图的R颜色通道与B颜色通道的对比度的幅值不相等，即，Br(x,y)≠Bb(x,y)，对所述待测物体的相位信息提取带来的影响。
S5：利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到所述待测物体的相位信息；
具体地，包括：
S51：利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到利萨如椭圆表达式；
在本实施例中，将所述去除背景强度的变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的归一化处理结果，分别相加和相减，省略空间相关性(x,y)，简化后得到下式：
将公式(8)和公式(9)进行变换，得到，
根据
对公式(10)和公式(11)进行变换，得到利萨如椭圆表达式，
其中，x0＝0，y0＝0，(x0,y0)表示利萨如椭圆的圆心，
S52：根据所述利萨如椭圆表达式，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量；
在本实施例中，对公式(12)进行变形转换，得到二次方程，
其中，
采用最小二乘法对所述二次方程进行求解，得到系数a和b，
根据所述系数a和b，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量，
S53：根据所述相移量，得到所述测物体的相位信息。
在本实施例中，根据所述相移量，按照下式计算得到所述测物体的相位信息，
S6：根据所述相位信息，得到所述待测物体的三维形貌信息。
具体地，包括：
根据所述相位信息利用相位-高度映射关系，得到所述待测物体的三维形貌信息，
其中，l表示在测量系统中相机到待测物体参考平面的距离，d表示在测量系统中相机与投影仪之间的距离。
本实施例的单帧动态三维测量方法，将利萨如椭圆拟合技术提取物体的相位信息应用到条纹投影系统，仅采用单帧条纹即可重建物体的三维形貌，与多帧相移方法相比，减少了条纹帧数，计算更简便，而且解决了傅里叶轮廓术由于频谱丢失导致的三维形貌重建精度不高的问题，另外，本实施例的方法，可以应用到动态三维测量中，同时，能够满足工业在线检测、人脸检测识别、文物保护、医疗整形等领域的需求，降低了三维检测经济成本，而且利用本实施例的方法重建的待测物体的三维形貌具有较高的鲁棒性，灵活性和精确度。
实施例二
本实施例是对实施例一的单帧动态三维测量方法与四步相移方法、傅里叶轮廓术测量方法进行对比仿真试验，以说明本发明的方法具有较高的鲁棒性和精确度。
本实施例提供的参考相位为
其大小为801×801，请参见图4和图5，图4和图5是本发明实施例提供的一种参考相位图，其中图4是参考相位的相位图，图5是参考相位的俯视图。
在本实施例中，单帧条纹图的R颜色通道与B颜色通道的相移量设置为
为了验证待测物体对R颜色通道与B颜色通道具有不同的反射率，将单帧条纹图的R颜色通道与B颜色通道的背景强度和对比度设置为不均匀变化。其中单帧条纹图的R颜色通道、G颜色通道与B颜色通道的背景强度分别为Ar＝0.00065*(X-Y)+0.47，Ag＝0.0004*(X)+0.45，Ab＝0.0009*(X-400)+0.9，单帧条纹图的R颜色通道、G颜色通道与B颜色通道的对比度分别为Br＝0.25，Bg＝0.3，Bb＝0.2，并且在3个通道的条纹图中加入randn噪声，其噪声的均值和方差分别为0和0.02。
请参见图6-图14，图6-图14是本发明实施例提供的一种仿真结果图图。图6-图8分别是四步相移方法的仿真结果图，其中，图6是重建相位的相位图，图7是重建相位的俯视图，图8是残差图，残差图表示参考相位和重建相位的差值。图9-图11分别是傅里叶轮廓术的仿真结果图，其中，图9是重建相位的相位图，图10是重建相位的俯视图，图11是残差图。图12-图14分别是本发明方法的仿真结果图，其中，图12是重建相位的相位图，图13是重建相位的俯视图，图14是残差图。通过比较图7、图10、和图13，可以看出图10的傅里叶轮廓术方法由于频谱丢失而出现相位细节模糊的现象。通过计算可得图8和图14的均方根值为0.0427和0.0382，而图11的均方根值为0.2508，均方根值越小，表示重建相位图的精确度越高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种单帧动态三维测量方法，其特征在于，包括：
对图像的RGB三个颜色通道分别进行编码，得到单帧条纹图；
将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图的强度分布；
根据所述变形条纹图的强度分布，去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图；
对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果；
利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到所述待测物体的相位信息；
包括：利用利萨如椭圆拟合方法对所述归一化处理结果进行处理，得到利萨如椭圆表达式；
具体地，将所述去除背景强度的变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的归一化处理结果，分别相加和相减，简化后得到下式：
其中，δ表示相移量；
根据上式，得到利萨如椭圆表达式，
其中，x0＝0，y0＝0，(x0,y0)表示利萨如椭圆的圆心，
根据所述利萨如椭圆表达式，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量；
具体地，对所述利萨如椭圆表达式进行变形转换，得到二次方程，
其中，
采用最小二乘法对所述二次方程进行求解，得到系数a和b，
根据所述系数a和b，得到所述R颜色通道与所述B颜色通道之间的相移量，
根据所述相移量，得到所述测物体的相位信息；
具体地，根据所述相移量，按照下式计算得到所述测物体的相位信息，
根据所述相位信息，得到所述待测物体的三维形貌信息。
2.根据权利要求1所述的单帧动态三维测量方法，其特征在于，对图像的RGB三个颜色通道分别进行编码，生成单帧条纹图，包括：
将图像的R颜色通道与B颜色通道编码为具有任意相移量的条纹图，将图像的G颜色通道编码为与R颜色通道条纹图和B颜色通道条纹图的背景强度相等的平面图，得到所述单帧条纹图，其中，所述单帧条纹图的强度为，
其中，(x,y)表示图像的像素点坐标，a表示图像的背景强度，b表示图像的对比度，f表示单帧条纹图的空间频率，
表示单帧条纹图的R颜色通道的强度，
表示单帧条纹图的G颜色通道的强度，
表示单帧条纹图的B颜色通道的强度，δ表示相移量。
3.根据权利要求2所述的单帧动态三维测量方法，其特征在于，将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图的强度分布，包括：
将所述单帧条纹图投影至待测物体表面，得到变形条纹图；
对所述变形条纹图进行色彩分离，得到所述变形条纹图的强度分布，所述变形条纹图的强度分布为，
其中，Ir表示变形条纹图的R颜色通道的强度，Ig表示变形条纹图的G颜色通道的强度，Ib表示变形条纹图的B颜色通道的强度，Ar(x,y)表示变形条纹图的R颜色通道的背景强度，Br(x,y)表示变形条纹图的R颜色通道的对比度，Ag(x,y)表示变形条纹图的G颜色通道的背景强度，Ab(x,y)表示变形条纹图的B颜色通道的背景强度，Bb(x,y)表示变形条纹图的B颜色通道的对比度，
表示待测物体的相位信息。
4.根据权利要求3所述的单帧动态三维测量方法，其特征在于，根据所述变形条纹图的强度分布，去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图，包括：
对所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的背景强度进行矫正，使得所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道与G颜色通道的背景强度相等，所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的矫正结果如下：
Ir1(x,y)＝Ir(x,y)+mr-mg，
Ib1(x,y)＝Ib(x,y)+mb-mg，
其中，mr表示所述变形条纹图的R颜色通道的平均灰度值，mg表示所述变形条纹图的G颜色通道的平均灰度值，mb表示所述变形条纹图的B颜色通道的平均灰度值；
将所述变形条纹图的R颜色通道和B颜色通道的矫正结果去除所述变形条纹图的背景强度，得到去除背景强度的变形条纹图，所述去除背景强度的变形条纹图的表达式如下：
5.根据权利要求4所述的单帧动态三维测量方法，其特征在于，对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果，包括：
根据归一化公式对所述去除背景强度的变形条纹图进行归一化处理，得到归一化处理结果，其中，所述归一化公式如下：
其中，unorm表示归一化后的向量，<>表示内积，|| ||表示求范数；
所述归一化处理结果如下：
其中，k＝1,2,…,K表示所述变形条纹图中的像素点；
表示所述去除背景强度的变形条纹图的R颜色通道的归一化处理结果，
表示所述去除背景强度的变形条纹图的B颜色通道的归一化处理结果。
6.根据权利要求1所述的单帧动态三维测量方法，其特征在于，根据所述相位信息，得到所述待测物体的三维形貌信息，包括：
根据所述相位信息利用相位-高度映射关系，得到所述待测物体的三维形貌信息，
其中，l表示在测量系统中相机到待测物体参考平面的距离，d表示在测量系统中相机与投影仪之间的距离。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005164294A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Wakayama Univ | 評価値を用いる縞画像計測データ合成方法 |
| CN105844633A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-08-10 | 西安电子科技大学 | 基于De序列和相位编码的单帧结构光深度获取方法 |
| CN107796301A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-03-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 基于施密特正交化和最小二乘椭圆拟合的相位提取方法 |
| CN109186496A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-11 | 淮阴师范学院 | 一种基于移动最小二乘法的三维面形测量方法 |
| CN109242957A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-18 | 深圳积木易搭科技技术有限公司 | 一种基于多重约束的单帧编码结构光三维重建方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101608908B (zh) * | 2009-07-20 | 2011-08-10 | 杭州先临三维科技股份有限公司 | 数字散斑投影和相位测量轮廓术相结合的三维数字成像方法 |
-
2019
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005164294A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Wakayama Univ | 評価値を用いる縞画像計測データ合成方法 |
| CN105844633A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-08-10 | 西安电子科技大学 | 基于De序列和相位编码的单帧结构光深度获取方法 |
| CN107796301A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-03-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 基于施密特正交化和最小二乘椭圆拟合的相位提取方法 |
| CN109242957A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-18 | 深圳积木易搭科技技术有限公司 | 一种基于多重约束的单帧编码结构光三维重建方法 |
| CN109186496A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-11 | 淮阴师范学院 | 一种基于移动最小二乘法的三维面形测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于改进型彩色复合条纹的三维轮廓快速测量;刘大海;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20120715(第7期);22-28 * |
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