时空结合的散斑三维成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种时空结合的散斑三维成像方法及装置，该方法包括：对该左散斑图像序列和该右散斑图像序列进行时间相关运算，以在该右散斑图像序列中确定整像素级对应点，根据该整像素级对应点、空间相关函数以及该左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对该右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点，根据该亚像素对应点的时间平均运算算出待三维重建的对应点，在该时间节点上通过该待三维重建的对应点进行三维重建，这样通过将空间相关运算与时间相关运算相结合，可以对任一时间节点起始的多幅图像进行搜索对应点运算，搜索到精度高的待三维重建的对应点，进而提高了三维重建的精度。

【技术实现步骤摘要】
时空结合的散斑三维成像方法及装置
本专利技术属于图像处理领域，尤其涉及一种时空结合的散斑三维成像方法及装置。
技术介绍
基于散斑结构光照明三维成像技术是一种非接触式、光学三维数字成像与测量方法。被广泛应用于物体三维形变应变测量。通过散斑结构光照明三维成像技术可以更好理解和分析被测物体的材料的性能。随着三维成像和测量技术的快速发展，缩短测量时间和提高测量精度成为目前主要的研究方向，由于三维重建精度能够影响测量精度，因此如何提高三维重建的精度变得尤为重要。现有技术中，基于随机散斑图像的三维重建方法主要采用空间相关方法，空间相关方法只需使用单幅图像即可实现三维重建，但是空间相关方法是建立在匹配区域灰度变化基础之上，由于成像装置排放位置的不同，以及待测物体表面梯度变化不均匀等因素的影响，空间相关方法的三维重建结果精度较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种时空结合的散斑三维成像方法及装置，旨在解决现有的空间相关方法的三维重建精度较低的问题。本专利技术提供的一种时空结合的散斑三维成像方法，包括：从预置时间序列中选取时间节点，并从选取的所述时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列，其中所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列中包含的图像的数量相同；对所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列进行时间相关运算，以在所述右散斑图像序列中确定整像素级对应点；根据所述整像素级对应点、空间相关函数以及所述左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对所述右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点；根据所述亚像素对应点的时间平均运算算出待三维重建的对应点；在所述时间节点上通过所述待三维重建的对应点进行三维重建。本专利技术提供的一种时空结合的散斑三维成像装置，包括：获取模块，用于从预置时间序列中选取时间节点，并从选取的所述时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列，其中所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列中包含的图像的数量相同；对应点搜索模块，用于对所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列进行时间相关运算，以在所述右散斑图像序列中确定整像素级对应点；以及，根据所述整像素级对应点、空间相关函数以及所述左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对所述右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点；以及，根据所述亚像素对应点的时间平均运算算出待三维重建的对应点；三维重建模块，用于在所述时间节点上通过所述待三维重建的对应点进行三维重建。本专利技术提供的时空结合的散斑三维成像方法及装置，从预置时间序列中选取时间节点，并从选取的该时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列，其中该左散斑图像序列和该右散斑图像序列中包含的图像的数量相同，对该左散斑图像序列和该右散斑图像序列进行时间相关运算，以在该右散斑图像序列中确定整像素级对应点，根据该整像素级对应点、空间相关函数以及该左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对该右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点，根据该亚像素对应点的时间平均运算算出待三维重建的对应点，在该时间节点上通过该待三维重建的对应点进行三维重建，这样通过将空间相关运算与时间相关运算相结合，可以对任一时间节点起始的多幅图像进行搜索对应点运算，搜索到精度高的待三维重建的对应点，在依据该精度高的待三维重建的对应点进行三维重建，进而提高了三维重建的精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。图1是本专利技术第一实施例提供的时空结合的散斑三维成像方法的实现流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的投影装置和成像装置的位置示意图；图3是现有的空间相关方法对一扇叶重建的三维数字模型的示意图；图4是本专利技术实施例提供的时空结合的散斑三维成像方法对一扇叶重建的三维数字模型的示意图；图5是本专利技术第二实施例提供的时空结合的散斑三维成像装置的结构示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1为本专利技术第一实施例提供时空结合的散斑三维成像方法的实现流程示意图，可应用于光学三维扫描系统，图1所示的时空结合的散斑三维成像方法，主要包括以下步骤：S101、从预置时间序列中选取时间节点，并从选取的该时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列。其中，需要满足两个获取条件：一是该左散斑图像序列和该右散斑图像序列中包含的图像的数量相同；二是获取左散斑图像序列中每一散斑图像的时间节点与获取该右散斑图像序列中每一散斑图像的时间节点保持一致。举例说明如下：如果设从时间节点t0开始获取且获取的顺序为t0,t1,...tn，则t0时，分别从左、右成像装置中获取t0时刻拍摄的一帧左散斑图像和一帧右散斑图像，下一个时间节点t1，再次分别从左、右成像装置中获取t1时刻拍摄的一帧左散斑图像和一帧右散斑图像，依次类推不再赘述。此外，从选取的该时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列不限定获取散斑图像的顺序，只需满足上述两个获取条件即可。例如，设时间序列为t0,t1,...t5，且若从时间节点t3开始获取，则可以倒序获取图像，也可以正序获取图像，还可以正序和倒序分别获取图像。在满足上述两个获取条件下，获取图像序列的方式有多种表示方式，例如，以一组左散斑图像序列为例，该左散斑图像序列可以表示为：ti(i＝0,1,2,...n)，设在时间节点t0开始获取为n，则左成像装置输出的左散斑图像序列为t0,t1,...tn，同理在时间节点t1开始获取为n+1,则左成像装置输出的左散斑图像序列为t1,t2,...tn+1。进一步地，步骤S101之前还包括：通过投影装置向物体的表面投影随机数字散斑图案，并通过放置于该投影装置两侧的该左、右成像装置分别采集带有该物体的左、右散斑图像。如图2所示，图2为投影装置和成像装置的位置示意图。从图2中可以看出，两个成像装置，如相机等位于投影装置的两侧。需要说明的是，为了便于说明，在本专利技术的所有实施例中将位于该投影装置的左侧的成像装置称为左成像装置；位于该投影装置右侧的称为右成像装置，设从该左成像装置输出的一组图像为左散斑图像序列，从该右成像装置输出的一组图像为右散斑图像序列。其中该投影装置和两个成像装置组成了传统的双目立体视觉装置。其中该左散斑图像序列和该右散斑图像序列中各图像的散斑区域为拍摄的物体。S102、对该左散斑图像序列和该右散斑图像序列进行时间相关运算，以在该右散斑图像序列中确定整像素级对应点。时间相关又称为时域相关。进一步地，对该左散斑图像序列和该右散斑图像序列进行时间相关运算，以在该右散斑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时空结合的散斑三维成像方法，其特征在于，包括：从预置时间序列中选取时间节点，并从选取的所述时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列，其中所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列中包含的图像的数量相同；对所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列进行时间相关运算，以在所述右散斑图像序列中确定整像素级对应点；根据所述整像素级对应点、空间相关函数以及所述左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对所述右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点；根据所述亚像素对应点的时间平均运算算出待三维重建的对应点；在所述时间节点上通过所述待三维重建的对应点进行三维重建。

【技术特征摘要】
1.一种时空结合的散斑三维成像方法，其特征在于，包括：从预置时间序列中选取时间节点，并从选取的所述时间节点开始获取左、右成像装置分别输出的一组左散斑图像序列和一组右散斑图像序列，其中所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列中包含的图像的数量相同；对所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列进行时间相关运算，以在所述右散斑图像序列中确定整像素级对应点；根据所述整像素级对应点、空间相关函数以及所述左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对所述右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点；根据所述亚像素对应点的时间平均运算算出待三维重建的对应点；在所述时间节点上通过所述待三维重建的对应点进行三维重建。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列进行时间相关运算，以在所述右散斑图像序列中确定整像素级对应点包括：根据时间相关计算公式对所述左散斑图像序列和所述右散斑图像序列进行时间相关运算，以在右散斑图像序列中确定所述左散斑图像序列中各像素点对应的对应点，其中所述时间相关计算公式为：其中，Xi,j,t表示为左成像装置图像平面点(i,j)在第t幅左散斑图像的灰度值，X′i′,j′,t表示右成像装置图像平面内对应点(i′,j′)在第t幅右散斑图像的灰度值，和分别表示左、右成像装置图像平面内点(i,j)和对应点(i′,j′)在k幅所述左散斑图像序列的灰度平均值和在k幅所述右散斑图像序列的灰度平均值，其中k为大于或等于2；在通过所述时间相关计算公式的计算结果值中选取最大值对应的对应点作为整像素级对应点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述整像素级对应点、空间相关函数以及所述左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对所述右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点包括：在所述左散斑图像序列中各左散斑图像内创建窗口大小为(2wm+1)×(2wm+1)的参考子窗口；将二阶视差模型下的非线性空间相关函数w(s)作为N-R迭代运算的待优化函数；其中，为所述左散斑图像上所述参考子窗口内像素点灰度平均值，为所述右散斑图像上参考子窗口内像素点灰度平均值，pR(uR,vR)为左散斑图像所述参考子窗口内像素点pR的灰度值，pG(uG,vG)为待匹配的右散斑图像上的对应点pG的灰度值；按照预置迭代步数，并根据N-R迭代运算公式进行迭代运算，确定最后一次迭代运算算出的相关函数值sN为结果值，其中，其中，N的取值范围为大于或等于1的整数；初始状态下，N取值为1，则s0为预置迭代初始估计值；▽w(sN-1)为相关函数在sN-1处的梯度值，▽▽w(sN-1)为相关函数在sN-1处的二次偏导，M表示s参数的个数；根据所述结果值和二阶视差模型算出所述亚像素对应点。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述整像素级对应点、空间相关函数以及所述左散斑图像序列中各左散斑图像的像素点坐标，对所述右散斑图像序列中每帧右散斑图像进行亚像素对应点搜索运算，得到亚像素对应点包括：在所述左散斑图像序列中各左散斑图像内创建窗口大小为(2wm+1)×(2wm+1)的参考子窗口；将二阶视差模型下的非线性空间相关函数w(s)作为N-R迭代运算的待优化函数；其中，为所述左散斑图像上所述参考子窗口内像素点灰度平均值，为所述右散斑图像上参考子窗口内像素点灰度平均值，pR(uR,vR)为左散斑图像所述参考子窗口内像素点pR的灰度值，pG(uG,vG)为待匹配的右散斑图像上的对应点pG的灰度值；根据N-R迭代运算公式进行迭代运算，算出相关函数值sN，其中，其中，N的取值范围为大于或等于1的整数；初始状态下，N取值为1，则s0为预置迭代初始估计值；▽w(sN-1)为相关函数在sN-1处的梯度值，▽▽w(sN-1)为相关函数在sN-1处的二次偏导，M表示s参数的个数；根据算出的相关函数值sN和二阶视差模型算出坐标值，并对相邻两次迭代运算算出的相关函数值sN对应的坐标值求差，算出差值；若所述差值小于预置阈值，则停止迭代运算，并将最后一次迭代运算算出的相关函数值sN对应的坐标值作为所述亚像素对应点。5.根据权利要求3或4所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓利，赵恢和，汤其剑，彭翔，蔡泽伟，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44