CN114396886A - 基于空分复用编码的三维测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于空分复用编码的三维测量方法，生成三帧具有一定相移量的正弦条纹图，在相移方向对三帧正弦条纹图轮流进行抽值和合成后得到初始复合条纹图，将初始复合条纹图投影到被测物体上，采集经被测物体高度调制后的变形复合条纹图，通过图像标定对变形复合条纹图进行解码得到三帧变形条纹图，对三帧变形条纹图进行处理得到被测物体的三维面形。本发明通过空分复用编码得到复合条纹图进行物体三维重构的方式，无需滤波过程，提升了测量精度。

Description

基于空分复用编码的三维测量方法
技术领域
本发明属于物体三维测量技术领域，具体涉及一种基于空分复用编码的三维测量方法。
背景技术
随着社会的发展，对获取物体三维信息的需求日益旺盛，三维测量技术在智能制造、航天航空、虚拟现实和3D打印等领域，都有着广泛应用，随着不同应用场合需求的增多，三维测量技术的研究对象也从静态物体延伸至动态物体，对动态物体进行三维测量已成为信息领域的一个重要发展方向。
FTP仅需投影和采集单帧条纹，非常适用于对动态物体的测量，但FTP解相中的滤波过程会对重构精度造成影响。PMP要基于空间点对点地对变形条纹图进行解相，由于在解相过程中无需滤波，该方法具有更高的精度，但在PMP测量过程中，需要投影和采集不少于三帧条纹图，因此在对动态物体进行三维测量时，相位被调制的像素点在各帧变形条纹图中的坐标不是一一对应的，需要进行像素匹配，这会给PMP引入误差，甚至造成被测物体的三维形貌无法正确重构。
复合编码技术增加了单帧条纹图的信息容量，实现了单帧投影和采集，可以很好的解决三维物体的动态测量。常用的复合编码技术有频分复用和混合颜色编码，但它们会引入频谱混叠、颜色串扰、颜色响应度不一等问题，这些问题会降低三维物体的重构精度，虽然可通过增大频谱间距、优化滤波方法、进行灰度校准等方式对该类误差进行改善，但由于该类误差是由频分复用和混合颜色编码的编码方式引进的，无法根本消除。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种基于空分复用编码的三维测量方法，无需滤波过程，提升了测量进度。
本发明采用的技术方案是：一种基于空分复用编码的三维测量方法，生成三帧具有一定相移量的正弦条纹图，在相移方向对三帧正弦条纹图轮流进行抽值和合成后得到初始复合条纹图，将初始复合条纹图投影到被测物体上，采集经被测物体高度调制后的变形复合条纹图，通过图像标定对变形复合条纹图进行解码得到三帧变形条纹图，对三帧变形条纹图进行处理得到被测物体的三维面形。
进一步地，所述轮流进行抽值和合成的过程为：在相移方向按照第一帧正弦条纹图的第1列，第二帧正弦条纹图的第2列，第三帧正弦条纹图的第3列，第一帧条纹的第4列......的规律依次抽取多帧条纹图组合为一帧高密度的空分复用的初始复合条纹图。
进一步地，所述图像标定为：将初始复合条纹图投影到被测物体前，先分别将多帧参考条纹图投影到被测物体上得到标定图像。
进一步地，对三帧变形条纹图进行处理的过程为：对三帧变形条纹图进行插值得到三帧具有一定相移量的变形条纹图，对插值处理后的图像依次进行相位计算、相位展开和相位高度映射。
更进一步地，所述插值为三次样条插值算法或按比例插值算法。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过对单帧条纹图在空间上的高密度复用编码的方式得到复合条纹图，在提升单帧条纹图信息容量的同时，消除了常用复合编码——频分复用和混合颜色编码所引入的频谱混叠，颜色串扰，颜色响应度不一等误差，提升了复合编码方法的精度。
2.本发明通过空分复用编码得到复合条纹图进行物体三维重构的方式，同仅需投影和采集单帧条纹图的FTP(傅里叶变换轮廓术)相比，无需滤波过程，提升了测量精度。
3.本发明通过计算机软件可以灵活设计所需要的复合光栅条纹，因此可以在很短的时间内得到所需的具有一定相移的复合变形条纹图。
附图说明
图1为本发明基于空分复用的三维测量系统结构示意图。
图2为本发明空分复用编码测量方法的流程图。
图3为被测的半椭圆物体。
图4为被物体高度调制的变形复合条纹图。
图5为利用本发明空分复用编码方法重构恢复得到的半椭圆物体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图2所示，本发明提供一种基于空分复用编码的三维测量方法，利用计算机生成三帧具有一定相移量的正弦条纹图，在相移方向对三帧正弦条纹图轮流进行抽值和合成后得到初始复合条纹图，将初始复合条纹图投影到被测物体上，采集经被测物体高度调制后的变形复合条纹图，通过图像标定对变形复合条纹图进行解码得到三帧变形条纹图，对三帧变形条纹图进行处理后，即可重构出被测物体的三维面形。
上述方案中，所述轮流进行抽值和合成的过程为：在相移方向按照第一帧正弦条纹图的第1列、第二帧正弦条纹图的第2列、第三帧正弦条纹图的第3列、第一帧条纹的第4列、第二帧正弦条纹图的第5列、第三帧正弦条纹图的第6列的规律依次抽取多帧条纹图组合为一帧高密度的空分复用的初始复合条纹图。
上述方案中，所述图像标定为：将初始复合条纹图投影到被测物体前，先分别投影灰度值为0和1的多帧参考条纹图到被测物体上得到标定图像，结合标定图像对变形复合条纹图进行解码得到三帧变形条纹图。
上述方案中，对三帧变形条纹图进行处理过程为：对三帧变形条纹图进行插值得到三帧具有一定相移量的变形条纹图，对插值处理后的图像依次进行相位计算、相位展开和相位高度映射。其中插值为三次样条插值算法或按比例插值算法，但并不限于这两种方法。
实施例1
基于空分复用编码的三维测量系统结构示意图如图1所示，其中P1与P2分别为投影系统的入瞳与出瞳，I1与I2分别表示探测器的出瞳与入瞳。图像采集系统的光轴与参考平面垂直，同时其和投影系统光轴相交在位于参考平面上的O点，图像投影和采集系统离参考平面高度为L，其光轴夹角为θ。
基于空分复用编码的三维测量流程图如图2所示，计算机编码生成三帧具有一定相移量的正弦条纹图1、2、3，通过在相移方向上对其轮流进行抽值和合成后，得到一帧高密度空分复用的复合条纹图。然后经图像投影设备投影到被测物体(如图3所示)，被测物体高度对其进行调制使其产生变形后，由图像采集设备采集变形的复合条纹图，如图4所示，然后根据复合条纹图的编码方式，结合图像标定、三次样条插值算法，对复合条纹图进行解码和插值，恢复出多帧具有一定相移量的变形条纹图，再依次进行相位计算、相位展开和相位高度映射，重构出被测物体的三维面形，如图5所示。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种基于空分复用编码的三维测量方法，其特征在于：生成三帧具有一定相移量的正弦条纹图，在相移方向对三帧正弦条纹图轮流进行抽值和合成后得到初始复合条纹图，将初始复合条纹图投影到被测物体上，采集经被测物体高度调制后的变形复合条纹图，通过图像标定对变形复合条纹图进行解码得到三帧变形条纹图，对三帧变形条纹图进行处理得到被测物体的三维面形。
2.根据权利要求1所述的基于空分复用编码的三维测量方法，其特征在于：所述轮流进行抽值和合成的过程为：在相移方向按照第一帧正弦条纹图的第1列，第二帧正弦条纹图的第2列，第三帧正弦条纹图的第3列，第一帧条纹的第4列......的规律依次抽取多帧条纹图组合为一帧高密度的空分复用的初始复合条纹图。
3.根据权利要求1所述的基于空分复用编码的三维测量方法，其特征在于：所述图像标定为：将初始复合条纹图投影到被测物体前，先分别将多帧参考条纹图投影到被测物体上得到标定图像。
4.根据权利要求1所述的基于空分复用编码的三维测量方法，其特征在于：对三帧变形条纹图进行处理过程为：对三帧变形条纹图进行插值得到三帧具有一定相移量的变形条纹图，对插值处理后的图像依次进行相位计算、相位展开和相位高度映射。
5.根据权利要求4所述的基于空分复用编码的三维测量方法，其特征在于：所述插值为三次样条插值算法或按比例插值算法。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101347332A (zh) * 2008-08-22 2009-01-21 深圳先进技术研究院 一种人脸三维面形数字化测量系统的测量方法及设备
CN201299570Y (zh) * 2008-08-28 2009-09-02 深圳先进技术研究院 一种人脸三维面形数字化测量系统
CN101975558A (zh) * 2010-09-03 2011-02-16 东南大学 基于彩色光栅投影的快速三维测量方法
JP2011137753A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Canon Inc 計測システム、画像補正方法、及びコンピュータプログラム
CN103575237A (zh) * 2013-11-12 2014-02-12 南昌航空大学 一种相移编码方法
US20150310663A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Canon Kabushiki Kaisha Measurement apparatus and method thereof
CN105844623A (zh) * 2016-03-21 2016-08-10 西安电子科技大学 基于De序列混合编码的目标物体深度信息获取方法
CN110849290A (zh) * 2019-11-25 2020-02-28 南昌航空大学 基于形态学操作的分段量化编码强度的三维测量方法
CN111023995A (zh) * 2019-11-18 2020-04-17 西安电子科技大学 一种基于随机两帧相移条纹图的三维测量方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101347332A (zh) * 2008-08-22 2009-01-21 深圳先进技术研究院 一种人脸三维面形数字化测量系统的测量方法及设备
CN201299570Y (zh) * 2008-08-28 2009-09-02 深圳先进技术研究院 一种人脸三维面形数字化测量系统
JP2011137753A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Canon Inc 計測システム、画像補正方法、及びコンピュータプログラム
CN101975558A (zh) * 2010-09-03 2011-02-16 东南大学 基于彩色光栅投影的快速三维测量方法
CN103575237A (zh) * 2013-11-12 2014-02-12 南昌航空大学 一种相移编码方法
US20150310663A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Canon Kabushiki Kaisha Measurement apparatus and method thereof
CN105844623A (zh) * 2016-03-21 2016-08-10 西安电子科技大学 基于De序列混合编码的目标物体深度信息获取方法
CN111023995A (zh) * 2019-11-18 2020-04-17 西安电子科技大学 一种基于随机两帧相移条纹图的三维测量方法
CN110849290A (zh) * 2019-11-25 2020-02-28 南昌航空大学 基于形态学操作的分段量化编码强度的三维测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. GUAN: "Composite structured light pattern for three-dimensional video", OPTICS EXPRESS *
李勇;张广汇;马利红;应晓霖;姚建云;: "条纹投影动态三维表面成像技术综述", 红外与激光工程 *

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