CN112539712B

CN112539712B - 三维成像方法、装置及设备

Info

Publication number: CN112539712B
Application number: CN202011305582.6A
Authority: CN
Inventors: 薇静初
Original assignee: Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: CN112539712A

Abstract

本发明涉及一种三维成像方法、装置及设备，所述三维成像方法包括：获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；根据所述组合条纹投影图像和预设的多重反射去噪策略，去除所述高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点，得到目标条纹投影图像；通过所述低频条纹投影图像中像素点的相位值对所述目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取所述目标物体表面对应的绝对相位图；根据所述绝对相位图得到所述目标物体表面的三维成像。相对于现有技术，本申请基于组合条纹投影图像的非直接成分不变形，对高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点进行有效检测和去除，提高三维成像方法的准确性。

Description

三维成像方法、装置及设备

技术领域

本申请实施例涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种三维成像方法、装置及设备。

背景技术

光学三维检测技术具有快速、非接触式以及高测量精度等特点，其中，基于相位编码的数字条纹投影技术是研究最多、应用最为广泛的三维检测方式之一，常用于进行物体表面的三维成像。但是，由于实际检测的物体表面光照复杂，容易出现多重反射的问题，从而会导致在数字条纹投影解析的过程中，解析的相位出现较大误差，影响三维成像的准确性。

现有的多重反射问题的解决方法是投影高频条纹，并假设高频条纹的间接反射光在投影过程中保持不变，借助相移运算消除误差。但是，这种方式由于投影仪分辨率和强镜面反射的影响，在实际的应用过程中效果有限，并且高频条纹对失焦更加敏感，更难以获取到高精度的物体表面三维成像。

发明内容

本申请实施例提供了一种三维成像方法、装置及设备，所述技术方案如下:

第一方面，本申请实施例提供了一种三维成像方法，包括：

获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；其中，所述高频条纹投影图像以及低频条纹投影图像分别是由高频编码结构光、组合编码结构光以及低频编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，所述组合条纹投影图像是由组合编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，其中，根据所述随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的所述组合编码结构光；

根据所述组合条纹投影图像和预设的多重反射去噪策略，去除所述高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点，得到目标条纹投影图像，包括：

根据所述高频条纹投影图像中每个像素点的相位值和所述组合条纹投影图像中对应像素点的相位值，分别获取所述像素点的高频正弦分量和组合正弦分量；

获取所述高频正弦分量和组合正弦分量的差值的绝对值大于预设正弦分量差的多重反射噪音像素点；

将去除所述多重反射噪音像素点后的高频条纹投影图像中像素点的相位值与所述组合条纹投影图像中对应像素点的相位值进行加权平均，得到所述目标条纹投影图像；

通过所述低频条纹投影图像中像素点的相位值对所述目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取所述目标物体表面对应的绝对相位图；

根据所述绝对相位图得到所述目标物体表面的三维成像。

第二方面，本申请实施例提供了一种三维成像装置，包括：

第一获取单元，用于获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；其中，所述高频条纹投影图像以及低频条纹投影图像分别是由高频编码结构光以及低频编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，所述组合条纹投影图像是由组合编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，其中，根据所述随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的所述组合编码结构光；

第一去噪单元，用于根据所述组合条纹投影图像和预设的多重反射去噪策略，去除所述高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点，得到目标条纹投影图像，包括：

第一相位解缠绕单元，用于通过所述低频条纹投影图像中像素点的相位值对所述目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取所述目标物体表面对应的绝对相位图；

第一成像单元，用于根据所述绝对相位图得到所述目标物体表面的三维成像。

第三方面，本申请实施例提供了一种设备，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的三维成像方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的三维成像方法的步骤。

本申请实施例中，通过将高频编码结构光、组合编码结构光和低频编码结构光照射至目标物体表面，分别获取每种结构光经目标物体表面反射后在相机中的成像，从而得到对应的高频条纹投影图像、组合条纹投影图像和低频条纹投影图像；之后，再基于组合条纹投影图像的非直接成分不变形，对高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点进行有效检测和去除，得到目标条纹投影图像，从源头上消除多重反射噪音点对后续三维成像的影响；最后，通过所述低频条纹投影图像中像素点的相位值对所述目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取所述目标物体表面对应的绝对相位图，再根据所述绝对相位图得到所述目标物体表面的三维成像，使得三维成像结果更为准确地反应出目标物体的真实形貌，提高三维成像方法的准确性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本申请的技术方案。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的理想状态下结构光投影的示意图；

图2为本申请一个实施例提供的多重反射现象的示意图；

图3为本申请一个实施例提供的三维成像方法的流程示意图；

图4为本申请一个实施例提供的编码结构光经物体表面调制前后成像的对比示意图；

图5为本申请另一个实施例提供的三维成像方法的流程示意图；

图6为本申请一个实施例提供的组合编码结构光经物体表面调制前的原始成像示意图；

图7为本申请一个实施例提供的三维成像方法中S102的流程示意图；

图8为本申请一个实施例提供的三维成像方法中S103的流程示意图；

图9为本申请一个实施例提供的三维成像装置的结构示意图；

图10为本申请一个实施例提供的三维成像设备的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”/“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在详细阐述本申请实施例提供的三维成像方法之前，先对结构光投影成像原理以及多重反射现象进行说明，以更好地理解本申请实施例所解决的技术问题和所提出的技术方案。

请参阅图1，图1为本申请一个实施例提供的理想状态下结构光投影的示意图。由图1可以看出，投影仪在物体表面照射结构光，点亮了物体表面的五个物点P0至P5，相机再接收物体表面上五个物点反射的光强，得到对应的成像点。

在理想状态下，投影仪投影面上点亮P0的投影点A与相机成像平面上被P0点亮的成像点B一一对应的，也就是说，相机成像平面中像素点与投影仪投影面上的投影点之间存在一一对应的关系，那么根据相机成像平面中像素点的相位值和投影面上投影点的相位值的变化，以及投影仪、相机和目标物体间的位置关系，则能够重建出物体表面的三维形貌。

但是，在现实情况中，物体表面的光照复杂，部分区域存在多重反射的情况，请参阅图2，图2为本申请一个实施例提供的多重反射现象的示意图，多重反射现象发生时，除直接反射的光被相机接收之外，相机也会接收间接反射的光，此时，上述对应关系被破坏，相位解析出现较大的误差，进而无法得到准确的物体表面的三维成像。

为实现多重反射像素点的检测和去除，提升物体表面三维成像的准确性，本申请实施例提出如下的三维成像方法。

请参阅图3，图3为本申请一个实施例提供的三维成像方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：

S101：获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；其中，高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像分别是由高频编码结构光、组合编码结构光以及低频编码结构光照射在目标物体表面上，再经过目标物体表面反射后在相机中的成像。

在一个可选的实施例中，三维成像方法的执行主体可以是与相机、数字投影仪分别建立数据连接的计算机设备，也可以是上述计算机设备中的组成部件，例如其内部的处理器或微处理器等；在另一个可选的实施例中，三维成像方法的执行主体可以是集成了相机成像功能的集成设备，集成设备需与数字投影仪建立数据连接，以向数字投影仪发出控制指令；在其他可选的实施例中，三维成像方法的执行主体也可以是集成了数字投影功能的集成设备，集成设备需与相机建立数据连接，以向相机发出控制指令，并接收相机的拍摄数据。

在本申请实施例中，以与相机、数字投影仪分别建立数据连接的计算机设备(以下称之为三维成像设备)为执行主体，执行三维成像方法。

具体地，在执行三维成像方法之前，需在实际环境中对数字投影仪、目标物体以及相机的位置进行布置，使得数字投影仪发出的编码结构光能够照射在目标物体上，并且相机的视角能够覆盖目标物体的表面。

在布置完成后，在一个可选的实施例中，可以通过三维成像设备向数字投影仪发出结构光编码控制指令，使数字投影仪根据结构光编码控制指令分别生成高频编码结构光、组合编码结构光以及低频编码结构光，并分别照射在目标物体表面，经由目标物体表面反射后，向相机发出拍摄指令，最终获取由相机拍摄到的物体表面的高频条纹投影图像、组合条纹投影图像和低频条纹投影图像。

此时，由相机拍摄到的高频条纹投影图像、组合条纹投影图像和低频条纹投影图像由于物体表面各处高度的差异性，相较于高频编码结构光、组合编码结构光以及低频编码结构光发出时在投影仪投影面的原始成像，会发生一定程度上的扭曲。

请参阅图4，图4为本申请一个实施例提供的编码结构光经物体表面调制前后成像的对比示意图。其中，左侧图像是编码结构光在投影面的原始成像(经物体表面调制前)，右侧图像是相机拍摄到的编码结构光在物体表面的成像(经物体表面调制后)。

可以看出，由于物体表面各处高度不同，相机拍摄到的编码结构光在物体表面的成像的确会发生一定程度的扭曲，进而在求解各像素点相位时，原始成像中像素点的相位值和相机拍摄的成像中像素点的相位值会发生改变，这种改变就能够反应出物体表面各处的高度，用于重建出物体表面的三维形貌。

在其他可选的实施例中，在布置完成后，也可以通过人为控制数字投影仪和相机，进行编码结构光的生成和目标物体表面成像的拍摄，三维成像设备只需接收最后获取到的高频条纹投影图像、组合条纹投影图像和低频条纹投影图像即可。

下面对高频编码结构光、组合编码结构光以及低频编码结构光的区别进行说明：

(1)高频编码结构光和低频编码结构光的区别在于频率信息的差别，频率信息不同，那么编码结构光在投影仪投影面中原始成像的条纹数量就不同，频率越高，条纹数量越多，反之，频率越低，条纹数量越少。

在本申请实施例中，高频编码结构光的频率是低频编码结构光的频率的若干倍，具体数值在此不进行限定

(2)高频编码结构光和组合编码结构光的频率信息相同，区别在于，在高频编码结构光的基础上，组合编码结构光中加入了随机增益，从而使相机拍摄到的组合条纹投影图像具有非直接成分不变形，保证了组合编码结构光的投影过程中全局光照的稳定。

在一个可选的实施例中，请参阅图5，获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像之前，可以通过如下方式获取组合编码结构光，具体包括步骤S105～S106，如下所示：

S105：生成预设范围内的随机常量。

三维成像设备生成预设范围内的随机常量。其中，随机常量用于控制组合编码结构光中随机增益的大小。

在一个可选的实施例中，预设范围指0至1之间，在其他可选的实施例中，预设范围可以进行合理化调整。

S106：根据随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的组合编码结构光。

在一个可选的实施例中，未引入随机常量前，可以通过预设结构光编码公式获取到低频编码结构光或者高频编码结构光，预设结构光编码公式具体如下：

其中，

表示原始成像内各像素点的灰度值，原始成像为编码结构光在投影仪投影面中的成像(经物体表面调制前)，b表示原始成像位深度，f表示频率信息，由f控制生成的编码结构光的频率，R_px表示原始成像宽度/列数，x表示原始成像内像素点的列坐标，y表示原始成像内像素点的行坐标，

表示相移量，N表示相移步数。

之后，在预设结构光编码公式中引入随机常量，则能够得到组合结构光编码公式，进而生成包含随机增益的组合编码结构光，组合结构光编码公式具体如下：

其中，α即表示随机常量，其余变量含义保持不变，不再赘述。

具体地，请参图6，图6为本申请一个实施例提供的组合编码结构光经物体表面调制前的原始成像示意图。可以看出，相较于图4，组合编码结构光的原始成像中已包含随机增益，表现形式为原始成像中出现散斑。

S102：根据组合条纹投影图像和预设的多重反射去噪策略，去除高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点，得到目标条纹投影图像。

由于组合条纹投影图像具有非直接成分不变性，不易受多重反射光照的影响，因而，三维成像设备可以依据组合条纹投影图像中每个像素点的相位值去判断高频条纹投影图像中哪些像素点为多重反射噪音像素点，进而将多重反射噪音像素点去除，得到目标条纹投影图像。

具体地，三维成像设备先获取组合条纹投影图像和高频条纹投影图像中每个像素点的相位值，之后根据预设检测策略，检测出多重反射噪音像素点，再从高频条纹投影图像中去除多重反射噪音像素点，得到目标条纹投影图像。

在一个可选的实施例中，为了对多重反射噪音像素点进行有效去除和补偿，得到更为准确的目标条纹投影图像，请参阅图7，步骤S102包括S1021～S1023，具体如下：

S1021：根据高频条纹投影图像中每个像素点的相位值和组合条纹投影图像中对应像素点的相位值，分别获取像素点的高频正弦分量和组合正弦分量。

三维成像设备首先根据预设相位计算公式以及高频条纹投影图像和组合条纹投影图像，获取高频条纹投影图像中每个像素点的相位值和组合条纹投影图像中对应像素点的相位值。

预设相位计算公式如下：

其中，

表示高频条纹投影图像或组合条纹投影图像内像素点的相位，I_n(x,y)表示高频条纹投影图像或组合条纹投影图像内像素点的灰度值，x表示像素点的列坐标，y表示像素点的行坐标，N表示相移步数，n＝1…N。

由于此时求出的像素点的相位仍为包裹相位，那么为了排除包裹相位不稳定区域的影响，本申请实施例获取相位值的正弦分量进行多重反射像素点的检测，正弦分量可以表示为

或者

在本申请实施例中，将获取到的像素点的高频正弦分量表示为

像素点的组合正弦分量表示为

S1022：获取高频正弦分量和组合正弦分量的差值的绝对值大于预设正弦分量差的多重反射噪音像素点。

三维成像设备获取高频正弦分量和组合正弦分量的差值的绝对值，将绝对值与预设正弦分量差进行比较，检测出绝对值大于预设正弦分量差的多重反射噪音像素点。

其中，预设正弦分量差的具体数值在此不进行限定，在一个可选的实施例中，可以根据三维成像结果反向调节该预设正弦分量差，对其进行优化。

S1023：将去除多重反射噪音像素点后的高频条纹投影图像中像素点的相位值与组合条纹投影图像中对应像素点的相位值进行加权平均，得到目标条纹投影图像。

三维成像设备先从高频条纹投影图像中去除多重反射噪音像素点，之后再将去除多重反射噪音像素点后的高频条纹投影图像中像素点的相位值与组合条纹投影图像中对应像素点的相位值进行加权平均，得到目标条纹投影图像。

具体地，对于高频条纹投影图像中像素点相位值的权重α和组合条纹投影图像中像素点相位值权重β均预先存储在三维成像设备中。在一个可选的实施例中，α可以为0，β可以为1。在其他可选的实施例中，β大于α的条件下，可以对α和β的值进行合理化调整。

在本实施例中，通过正弦分量之间的差值检测多重反射噪音像素点，排除了包裹相位不稳定区域的影响，实现了多重反射噪音像素点有效去除，并考虑组合条纹投影图像不易受多重反射光照的干扰，其相位值较接近于准确值，因而将组合条纹投影图像中像素点的相位值赋予更高的权重，最终获取到了更准确的目标条纹投影图像。

S103：通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取目标物体表面对应的绝对相位图。

在本申请实施例中，由于获取到的相位为包裹相位，因此三维成像设备需通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，再获取目标物体表面对应的绝对相位图。

通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕属于常见的求解绝对相位的方法，在此不进行赘述。

在一个可选的实施例中，请参阅图8，为了提高绝对相位图的准确性，步骤S103还可以包括S1031～S1032，具体如下：

S1031：通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取低频条纹投影图像中每个像素点的第一绝对相位值和目标条纹投影图像中对应像素点的第二绝对相位值。

由于相机或投影失焦，往往会导致条纹对比度的下降，甚至缺失，而对比度过低或者缺失的部位将无法进行三维成像，实际应用过程中，更高频的条纹投影图像往往会对失焦更为敏感，因此，本申请实施例利用对比度评价指标，优先选取各幅条纹投影图像中，对比度较高的像素点的绝对相位值，作为绝对相位图中对应像素点的绝对相位值。

具体地，三维成像设备完成包裹相位解缠绕后，先分别获取低频条纹投影图像中每个像素点的第一绝对相位值和目标条纹投影图像中对应像素点的第二绝对相位值，之后再执行步骤S1032。

S1032：以第一绝对相位值和第二绝对相位值中对比度更高的绝对相位值作为像素点的绝对相位值，得到目标物体表面对应的绝对相位图。

三维成像设备首先获取低频条纹投影图像中每个像素点的低频调制系数和目标条纹投影图像中对应像素点的组合调制系数。

其中，像素点的调制系数是指在相位求解时，像素点的幅值与偏移量的比值。

具体地，三维成像设备基于预设幅值计算公式和预设偏移量计算公式，获取像素点的调制系数。

其中，B(x,y)表示条纹投影图像内像素点的幅值，A(x,y)表示条纹投影图像内像素点的偏移量，I_n(x,y)表示条纹投影图像内像素点的灰度值，x表示像素点的列坐标，y表示像素点的行坐标，N表示相移步数，n＝1…N。

低频条纹投影图像中每个像素点的调制系数在本申请实施例中称为低频调制系数，组合条纹投影图像中每个像素点的调制系数在本申请实施例中称为组合调制系数，两个调制系数的计算方式相同，均采用上述公式进行计算。

在一个可选的实施例中，三维成像设备获取低频条纹投影图像中每个像素点的低频调制系数以及目标条纹投影图像中对应像素点的组合调制系数之后，根据低频条纹投影图像中每个像素点的低频调制系数，获取像素点的第一绝对相位值的对比度；并根据目标条纹投影图像中每个像素点的组合调制系数，获取像素点的第二绝对相位值的对比度。

对于不同条纹投影图像中同一位置处的像素点，选取对比度更高的绝对相位值作为该像素点的绝对相位值，最终得到绝对相位图。

在另一个可选的实施例中，三维成像设备获取低频条纹投影图像中每个像素点的低频调制系数以及目标条纹投影图像中对应像素点的组合调制系数之后，根据低频编码结构光的频率和低频调制系数，获取像素点的第一绝对相位值对应的对比度；并根据组合编码结构光的频率和组合调制系数，获取像素点的第二绝对相位值对应的对比度。

同样地，对于不同条纹投影图像中同一位置处的像素点，选取对比度更高的绝对相位值作为该像素点的绝对相位值，最终得到绝对相位图。

在本实施例中，不仅考虑了不同条纹投影图像中像素点的调制系数，还考虑了不同编码结构光的频率信息，从而能够优先选择出频率和调制系数均较高的绝对相位值，进而提高获取的绝对相位图的准确性。

S104：根据绝对相位图得到目标物体表面的三维成像。

三维成像设备获取相机系统标定的几何参数，其中，几何参数包括相机系统的外参矩阵和内参矩阵。

之后，根据相机系统标定的几何参数，建立在相机坐标系下绝对相位与三维坐标之间的对应关系。具体地，三维成像设备根据相机系统标定的几何参数，建立绝对相位图中各像素点与目标物体表面物点之间的对应关系，以及各个像素点的绝对相位值与物点高度之间的对应关系。

最后，三维成像设备根据目标物体表面对应的绝对相位图和对应关系，获取目标物体表面的三维表面成像

本申请实施例中，通过将高频编码结构光、组合编码结构光和低频编码结构光照射至目标物体表面，分别获取每种结构光经目标物体表面反射后在相机中的成像，从而得到对应的高频条纹投影图像、组合条纹投影图像和低频条纹投影图像；之后，再基于组合条纹投影图像的非直接成分不变形，对高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点进行有效检测和去除，得到目标条纹投影图像，从源头上消除多重反射噪音点对后续三维成像的影响；最后，通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取目标物体表面对应的绝对相位图，再根据绝对相位图得到目标物体表面的三维成像，使得三维成像结果更为准确地反应出目标物体的真实形貌，提高三维成像方法的准确性。

在一个可选的实施例中，三维成像设备在执行完步骤S101之后，执行步骤S102之前，可以对获取到高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像进行降噪处理，具体如下：

三维成像设备先获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像中每个像素点的邻域像素点，计算每个像素点与其对应的邻域像素点之间相位值的差值。其中，邻域像素点可以为与像素点直接相邻的像素点，也可以为距离像素点中心小于预设距离的像素点。

关于像素点的相位值可以根据步骤S1021中提出的预设相位计算公式进行计算，在此不进行赘述，具体可以参考S1021中的相关说明。

若差值大于预设相位差的目标邻域像素点的数量满足预设去噪标准，三维成像设备可以从对应的条纹投影图像中去除像素点。这是因为若某一个像素点的邻域像素点的相位与其该像素点本身的相位之间差值过大，且这样邻域像素点比较多，那么则能够反应出该像素点为噪音像素点的概率更大，因而要对其进行去除，从而避免对后续绝对相位的计算以及目标物体表面的成像造成影响。

在本实施例中，基于空间邻域具有连续性，而受噪声的影响会有不连续的相位值出现，因而通过判断邻域像素点相位的稳定性，实现了噪声或背景区域的去除。

此外，在另一个可选的实施例中，还可以根据像素点的调制系数进行降噪处理，具体地，通过计算每个像素点的调制系数，将调制系数与预设调制系数阈值进行比较，若某个像素点的调制系数低于预设调制系数阈值，则将该像素点判断为噪音像素点，并进行去除。

请参见图9，为本申请一个实施例提供的三维成像装置的结构示意图。该装置可以通过软件、硬件或两者的结合实现成为三维成像设备的全部或一部分。该装置9包括第一获取单元91、第一去噪单元92、第一相位解缠绕单元93和第一成像单元94：

第一获取单元91，用于获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；其中，高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像分别是由高频编码结构光、组合编码结构光以及低频编码结构光照射在目标物体表面上，再经过目标物体表面反射后在相机中的成像；

第一去噪单元92，用于根据组合条纹投影图像和预设的多重反射去噪策略，去除高频条纹投影图像中的多重反射噪音像素点，得到目标条纹投影图像；

第一相位解缠绕单元93，用于通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取目标物体表面对应的绝对相位图；

第一成像单元94，用于根据绝对相位图得到目标物体表面的三维成像。

可选的，该装置9还包括：

第一生成单元，用于生成预设范围内的随机常量；

第二获取单元，用于根据随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的组合编码结构光。

可选的，第一去噪单元92包括：

正弦分量运算单元，用于根据高频条纹投影图像中每个像素点的相位值和组合条纹投影图像中对应像素点的相位值，分别获取像素点的高频正弦分量和组合正弦分量；

多重反射识别单元，用于获取高频正弦分量和组合正弦分量的差值的绝对值大于预设正弦分量差的多重反射噪音像素点；

去除补偿单元，用于将去除多重反射噪音像素点后的高频条纹投影图像中像素点的相位值与组合条纹投影图像中对应像素点的相位值进行加权平均，得到目标条纹投影图像。

可选的，第一相位解缠绕单元93包括：

第二相位解缠绕单元，用于通过低频条纹投影图像中像素点的相位值对目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取低频条纹投影图像中每个像素点的第一绝对相位值和目标条纹投影图像中对应像素点的第二绝对相位值；

相位优化单元，用于以第一绝对相位值和第二绝对相位值中对比度更高的绝对相位值作为像素点的绝对相位值，得到目标物体表面对应的绝对相位图。

可选的，第一相位解缠绕单元93还包括：

调制系数获取单元，用于获取低频条纹投影图像中每个像素点的低频调制系数以及目标条纹投影图像中对应像素点的组合调制系数；

第一对比度获取单元，用于根据低频编码结构光的频率和低频调制系数，获取像素点的第一绝对相位值对应的对比度；

第二对比度获取单元，用于根据组合编码结构光的频率和组合调制系数，获取像素点的第二绝对相位值对应的对比度。

可选的，该装置9还包括：

第三获取单元，用于获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像中每个像素点的邻域像素点，计算每个像素点与其对应的邻域像素点之间相位值的差值；

第二去噪单元，用于若差值大于预设相位差的目标邻域像素点的数量满足预设去噪标准，从对应的条纹投影图像中去除像素点。

可选的，第一成像单元94包括：

第四获取单元，用于获取相机系统标定的几何参数；

对应关系建立单元，用于根据相机系统标定的几何参数，建立在相机坐标系下绝对相位与三维坐标之间的对应关系；

第二成像单元，用于根据目标物体表面对应的绝对相位图和对应关系，获取目标物体表面的三维表面成像。

请参见图10，为本申请一个实施例提供的三维成像设备的结构示意图。如图10所示，三维成像设备10可以包括：处理器1000、存储器1001以及存储在存储器1001并可以在处理器1000上运行的计算机程序1002，例如：三维成像程序；处理器1000执行计算机程序1002时实现上述各方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，处理器1000执行计算机程序1002时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图9所示模块91至94的功能。

其中，处理器1000可以包括一个或多个处理核心。处理器1000利用各种接口和线路连接控制设备100内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器1001内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储器1001内的数据，执行控制设备100的各种功能和处理数据，可选的，处理器1000可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programble LogicArray，PLA)中的至少一个硬件形式来实现。处理器1000可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责触摸显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器1000中，单独通过一块芯片进行实现。

其中，存储器1001可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的，该存储器1001包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器1001可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器1001可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控指令等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器1001可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器1000的存储装置。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质可以存储有多条指令，指令适用于由处理器加载并执行上述图3、图5以及图7至图8所示实施例的方法步骤，具体执行过程可以参见图3、图5以及图7至图8所示实施例的具体说明，在此不进行赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims

1.一种三维成像方法，其特征在于，包括步骤：

获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；其中，所述高频条纹投影图像以及低频条纹投影图像分别是由高频编码结构光以及低频编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，所述组合条纹投影图像是由组合编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，其中，根据随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的所述组合编码结构光；

根据所述绝对相位图得到所述目标物体表面的三维成像。

2.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，所述获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像之前，包括步骤：

生成预设范围内的随机常量；

根据所述随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的所述组合编码结构光。

3.根据权利要求1或2所述的三维成像方法，其特征在于，所述通过所述低频条纹投影图像中像素点的相位值对所述目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取所述目标物体表面对应的绝对相位图，包括步骤：

通过所述低频条纹投影图像中像素点的相位值对所述目标条纹投影图像中对应像素点的相位值进行包裹相位解缠绕，获取所述低频条纹投影图像中每个像素点的第一绝对相位值和所述目标条纹投影图像中对应像素点的第二绝对相位值；

以所述第一绝对相位值和所述第二绝对相位值中对比度更高的绝对相位值作为所述像素点的绝对相位值，得到所述目标物体表面对应的绝对相位图。

4.根据权利要求3所述的三维成像方法，其特征在于，所述获取所述低频条纹投影图像中每个像素点的第一绝对相位值和所述目标条纹投影图像中对应像素点的第二绝对相位值之后，包括步骤：

获取所述低频条纹投影图像中每个像素点的低频调制系数以及所述目标条纹投影图像中对应像素点的组合调制系数；

根据所述低频编码结构光的频率和所述低频调制系数，获取所述像素点的第一绝对相位值对应的对比度；

根据所述组合编码结构光的频率和所述组合调制系数，获取所述像素点的第二绝对相位值对应的对比度。

5.根据权利要求1或2所述的三维成像方法，其特征在于，所述获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像之后，包括步骤：

获取所述高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像中每个像素点的邻域像素点，计算每个所述像素点与其对应的邻域像素点之间相位值的差值；

若所述差值大于预设相位差的目标邻域像素点的数量满足预设去噪标准，从对应的条纹投影图像中去除所述像素点。

6.根据权利要求1或2所述的三维成像方法，其特征在于，所述目标物体表面的绝对相位图，获取所述目标物体表面的三维表面成像，包括步骤：

获取相机系统标定的几何参数；

根据所述相机系统标定的几何参数，建立在相机坐标系下绝对相位与三维坐标之间的对应关系；

根据所述目标物体表面对应的绝对相位图和所述对应关系，获取所述目标物体表面的三维表面成像。

7.一种三维成像装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取高频条纹投影图像、组合条纹投影图像以及低频条纹投影图像；其中，所述高频条纹投影图像以及低频条纹投影图像分别是由高频编码结构光以及低频编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，所述组合条纹投影图像是由组合编码结构光照射在目标物体表面上，再经过所述目标物体表面反射后在相机中的成像，其中，根据随机常量和预设结构光编码公式，获取包含随机增益的所述组合编码结构光；

8.一种三维成像设备，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。