一种彩色结构光三维测量方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种彩色结构光三维测量方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：采用正弦相移编码法、分段阶梯相位编码法、格雷码编码四幅彩色条纹图案；通过DLP投影仪依次聚焦投影四幅彩色条纹图案于参考平面和被测物体上；通过彩色CCD相机获取参考平面上未被调制的及被测物体高度调制变形后的条纹图案；对两组条纹图案进行解码处理，得到被测物体的连续相位差值；利用三角法求解被测物体表面三维高度信息。这样通过融合正弦相移编码、分段阶梯相位编码及格雷码的彩色复合编码的测量方法，利用三角原理，仅需四幅彩色图案即可实现三维测量，投影幅数少，处理速度快，抗干扰能力强，适合于静态场景下表面不连续物体的快速高精度三维测量。

A Three-Dimensional Measuring Method, Device, Equipment and Storage Medium for Color Structured Light

This application discloses a three-dimensional measurement method, device, equipment and storage medium for color structured light. The method includes: adopting sinusoidal phase shift coding method, piecewise step phase coding method, and gray code coding four color fringe patterns; projecting four color fringe patterns on the reference plane and the object under test sequentially through DLP projector; obtaining the reference plane by color CCD camera. The unmodulated fringe pattern and the deformed fringe pattern of the measured object are decoded to obtain the continuous phase difference of the measured object. The trigonometric method is used to solve the three-dimensional height information of the measured object surface. In this way, three-dimensional measurement can be realized by combining sinusoidal phase shift coding, piecewise step phase coding and gray code color compound coding. Based on the principle of triangulation, only four color patterns are needed. The projection amplitude is small, the processing speed is fast, and the anti-interference ability is strong. It is suitable for fast and high-precision three-dimensional measurement of surface discontinuous objects in static scenes.

【技术实现步骤摘要】
一种彩色结构光三维测量方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及三维光学测量领域，特别是涉及一种彩色结构光三维测量方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
目前，三维测量技术发展的主要方向包括飞行时间法、散斑干涉法、结构光条纹投影测量轮廓术等主动视觉技术，以及双目立体视觉、摄影测量等被动视觉技术。其中，结构光条纹投影测量轮廓术具有高速、高精度、全场无损耗测量及成本低等优点，已广泛应用于逆向工程、文物数字化、生物医疗、工业检测、虚拟现实等方面，成为三维测量领域的重要研究方向。结构光三维测量系统由相机、投影仪及计算机组成，在三维测量过程中，由投影装置把编码的条纹图案投影到被测物体表面，同时使用相机拍摄经被测物体高度调制而发生变形的条纹图像，然后通过对调制的条纹图像进行解调处理，得到反映物体高度的相位信息，最后根据相位信息和标定得到的系统参数，获得被测物体的三维信息。彩色CCD(ChargedCoupleDevice)成像和DLP(DigitalLightProcessing)投影系统的出现，为结构光三维成像系统提供了新的研究方向，即彩色结构光三维测量技术，一幅彩色图像包含红、绿、蓝三个颜色通道，可以作为编码条纹图的载体，彩色编码图案可比灰度编码图案包含更多的信息，因此基于彩色条纹编码结构光的三维测量可以减少对被测物体投射图案的幅数，极大提高了编码结构光三维测量的速度。但是，基于灰度时间编码的结构光三维测量方法存在投影幅数多，测量速度慢等缺点，而投影幅数少的彩色编码测量方法中，基于彩色梯形相移加格雷码或者正弦相移加格雷码的方法在需要高的空间分辨率时，需投影的条纹图案数目增多，基于同样基色的彩色格雷码图案幅数也随着增加，且格雷码对应条纹级次判决变得困难，解码时较易出现周期错位等问题，导致测量精度降低。此外，利用阶梯相位编码辅助正弦相移条纹解包裹运算的测量方法中，由于传统阶梯相位编码嵌入到正弦相移条纹中只有一个循环周期，限制码字了个数，测量精度也因此受到限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种彩色结构光三维测量方法、装置、设备及存储介质，投影幅数少，处理速度快，抗干扰能力强，适合于表面不连续物体的快速高精度三维测量。其具体方案如下：一种彩色结构光三维测量方法，包括：采用正弦相移编码法、分段阶梯相位编码法、格雷码三种时间编码方法编码四幅彩色条纹图案；通过DLP投影仪依次聚焦投影所述四幅彩色条纹图案于参考平面和被测物体上；通过彩色CCD相机获取所述参考平面上未被调制的第一组条纹图案及所述被测物体高度调制变形后的第二组条纹图案；通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案分别进行解码处理，得到所述被测物体的连续相位差值；根据所述被测物体的连续相位差值，利用三角法求解所述被测物体表面每一点的高度信息。优选地，在本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法中，采用正弦相移编码法编码四幅彩色条纹图案，具体包括：将四幅灰度正弦相移编码分别嵌入四幅彩色条纹图案的红色通道内，相移步距为π/2，形成四步相移的正弦相移条纹。优选地，在本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法中，采用分段阶梯相位编码法编码四幅彩色条纹图案，具体包括：分别对四幅彩色条纹图案的蓝色通道进行灰度级的编码，以生成阶梯相位相移图案；将所述阶梯相位相移图案依次往编码方向移动π/2，形成四步相移的阶梯相位编码条纹；其中，所述阶梯相位编码条纹采用分段式阶梯相位编码，相邻两个分段阶梯的编码方向相反。优选地，在本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法中，采用格雷码编码四幅彩色条纹图案，具体包括：在第一幅和第三幅彩色条纹图案的绿色通道内进行相应的二值编码；在第二幅和第四幅彩色条纹图案的绿色通道内进行格雷码取反的二值编码。优选地，在本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法中，在通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案进行解码处理之前，还包括：对获取的两组所述条纹图案均进行颜色耦合及非线性误差校正。优选地，在本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法中，通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案分别进行解码处理，得到所述被测物体的连续相位差值，具体包括：对各所述条纹图案进行通道分离，利用四步相移法分别获取两组所述条纹图案中正弦相移条纹的包裹相位，以及阶梯相位编码条纹的包裹相位和分段阶梯相位级次；根据获取的所述分段阶梯相位级次，得到连续条纹级次；根据得到的所述连续条纹级次，辅助获取的两组所述条纹图案中正弦相移条纹的包裹相位进行解包裹运算，分别获得两组所述条纹图案中正弦相移条纹的绝对相位；根据获得的两组所述绝对相位之间的差值，得到所述被测物体的连续相位差值。优选地，在本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法中，利用四步相移法分别获取两组所述条纹图案中正弦相移条纹的包裹相位，以及阶梯相位编码条纹的包裹相位和分段阶梯相位级次，具体包括：利用四步相移法分别获取两组所述条纹图案中红色通道的正弦相移条纹的包裹相位；利用四步相移法分别获取两组所述条纹图案中蓝色通道的阶梯相位编码条纹的包裹相位，并量化求解对应的阶梯条纹级次；分别对两组所述条纹图案中绿色通道的格雷码条纹进行解码，获取所述阶梯条纹级次对应的分段阶梯相位级次。本专利技术实施例还提供了一种彩色结构光三维测量装置，包括：图案编码模块，用于采用正弦相移编码法、分段阶梯相位编码法、格雷码三种时间编码方法编码四幅彩色条纹图案；图案投影模块，用于通过DLP投影仪依次聚焦投影所述四幅彩色条纹图案于参考平面和被测物体上；图案获取模块，用于通过彩色CCD相机获取所述参考平面上未被调制的第一组条纹图案及所述被测物体高度调制变形后的第二组条纹图案；图案解码模块，用于通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案分别进行解码处理，得到所述被测物体的连续相位差值；高度求解模块，用于根据所述被测物体的连续相位差值，利用三角法求解所述被测物体表面每一点的高度信息。本专利技术实施例还提供了一种彩色结构光三维测量设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如本专利技术实施例提供的上述彩色结构光三维测量方法。从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的一种彩色结构光三维测量方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：采用正弦相移编码法、分段阶梯相位编码法、格雷码三种时间编码方法编码四幅彩色条纹图案；通过DLP投影仪依次聚焦投影四幅彩色条纹图案于参考平面和被测物体上；通过彩色CCD相机获取参考平面上未被调制的第一组条纹图案及被测物体高度调制变形后的第二组条纹图案；通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组条纹图案分别进行解码处理，得到被测物体的连续相位差值；根据被测物体的连续相位差值，利用三角法求解被测物体表面每一点的高度信息。本专利技术提出的彩色复合编码的新的三维测量方法，结合了正弦相移编码、分段阶梯相位编码及格雷码这三种时间编码的优点，仅需四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种彩色结构光三维测量方法，其特征在于，包括：采用正弦相移编码法、分段阶梯相位编码法、格雷码三种时间编码方法编码四幅彩色条纹图案；通过DLP投影仪依次聚焦投影所述四幅彩色条纹图案于参考平面和被测物体上；通过彩色CCD相机获取所述参考平面上未被调制的第一组条纹图案及所述被测物体高度调制变形后的第二组条纹图案；通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案分别进行解码处理，得到所述被测物体的连续相位差值；根据所述被测物体的连续相位差值，利用三角法求解所述被测物体表面每一点的高度信息。

【技术特征摘要】
1.一种彩色结构光三维测量方法，其特征在于，包括：采用正弦相移编码法、分段阶梯相位编码法、格雷码三种时间编码方法编码四幅彩色条纹图案；通过DLP投影仪依次聚焦投影所述四幅彩色条纹图案于参考平面和被测物体上；通过彩色CCD相机获取所述参考平面上未被调制的第一组条纹图案及所述被测物体高度调制变形后的第二组条纹图案；通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案分别进行解码处理，得到所述被测物体的连续相位差值；根据所述被测物体的连续相位差值，利用三角法求解所述被测物体表面每一点的高度信息。2.根据权利要求1所述的彩色结构光三维测量方法，其特征在于，采用正弦相移编码法编码四幅彩色条纹图案，具体包括：将四幅灰度正弦相移编码分别嵌入四幅彩色条纹图案的红色通道内，相移步距为π/2，形成四步相移的正弦相移条纹。3.根据权利要求2所述的彩色结构光三维测量方法，其特征在于，采用分段阶梯相位编码法编码四幅彩色条纹图案，具体包括：分别对四幅彩色条纹图案的蓝色通道进行灰度级的编码，以生成阶梯相位相移图案；将所述阶梯相位相移图案依次往编码方向移动π/2，形成四步相移的阶梯相位编码条纹；其中，所述阶梯相位编码条纹采用分段式阶梯相位编码，相邻两个分段阶梯的编码方向相反。4.根据权利要求3所述的彩色结构光三维测量方法，其特征在于，采用格雷码编码四幅彩色条纹图案，具体包括：在第一幅和第三幅彩色条纹图案的绿色通道内进行相应的二值编码；在第二幅和第四幅彩色条纹图案的绿色通道内进行格雷码取反的二值编码。5.根据权利要求4所述的彩色结构光三维测量方法，其特征在于，在通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案进行解码处理之前，还包括：对获取的两组所述条纹图案均进行颜色耦合及非线性误差校正。6.根据权利要求5所述的彩色结构光三维测量方法，其特征在于，通过阶梯相位编码条纹及格雷码条纹辅助正弦相移条纹对获取的两组所述条纹图案分别进行解码处理，得到所述被测物体的连续相位差值，具体包括：对各所述条纹图案进行通道分离，利用四步相...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健，周浩源，胡浩晖，罗瑞荣，陈新，汤晖，陈云，贺云波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44