一种光栅图像投影方法、三维重建方法及三维重建系统技术方案

一种光栅图像投影方法、三维重建方法及三维重建系统。一方面，由于该光栅图像投影方法能够连续更新形成光栅条纹的条纹分布函数，使得光栅图像中各周期区间内的光栅条纹具备了相位移动的特性，利于光栅条纹根据投影光强而发生渐进变化，有助于形成高质量的投影效果；另一方面，由于生成的光栅图像保留了原有相移方法的优点，使得采用光栅图像投影时能够有效克服在物体表面发生的模糊、脏污和漫反射问题，对反光等场景的具有更强的适应性。此外，由于该三维重建方法利用了该光栅图像投影技术，使得三维重建系统能够取像得到物体的清晰表面轮廓，利于解相位计算各像素点的投影坐标，从而获得高精度的三维重建效果。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅图像投影方法、三维重建方法及三维重建系统
本专利技术涉及三维测量领域，具体涉及一种用于三维重建的光栅图像投影方法及其装置。
技术介绍
三维重建是应用一定的手段和方法对被测物进行扫描以获取其表面空间坐标，从而建立适合计算机表示和处理的数学模型的过程。传统方法通常是利用三维坐标机对物体的三维轮廓进行提取，该类方法虽然具有测量精度高的益处，但也存在接触式测量周期长、不适用于柔软物体表面测量的缺点。当前，多采用光学手段提取三维轮廓来进行三维重建，这种方法不仅可以非接触地测量物体，而且具有测量效率高、测量速度快的特性，可适应于当代工业、计算机视觉等领域的性能要求。由此可知，在采用光学手段进行三维重建时，往往会用到结构光三维重建方法，该方法的技术要点在于投射一系列光栅图像到被检测物体上，拍摄每个光栅图像在待测量物体表面形成的测量图像，最后通过拍摄的测量图像提取物体表面的轮廓特征，从而达到利用光栅投影测量物体轮廓的要求。这种结构光三维重建方法虽然可获得较多的测量信息量，但也受到结构光(光栅图像)质量的限制，会在待测量物体的表面形成高反光情形，此时，光栅图像中的黑色像素点在经过物体反射后可能变成白色像素点，从而使得拍摄的测量图像的质量大大下降，严重时将无法进行后续的三维重建工作。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是如何提高现有三维重建中光栅图像的投影质量，以保证光栅图像投射到物体表面上的取像效果。根据第一方面，一种实施例中提供一种光栅图像投影方法,包括以下步骤：生成光栅图像并进行投影，所述光栅图像包括若干行的投影图像，每个投影图像包括多个并列分布的周期区间，每个周期区间包括根据预设的条纹分布函数在该周期区间内形成的光栅条纹；更新所述光栅图像并重新进行投影，其中更新所述光栅图像包括：更新所述光栅图像中各个所述周期区间内光栅条纹的条纹分布函数，以对各个所述周期区间内的光栅条纹进行相位移动，以得到更新后的光栅图像。根据第二方面，一种实施例中提供一种三维重建方法，包括以下步骤：按照第一方面所述的光栅图像投影方法对待检测物体进行投影，直至达到预设的投影次数，获得每次生成的光栅图像在所述待检测物体上投影形成的测量图像；获取每幅所述测量图像中各像素点的灰度强度，以构建每幅所述测量图像的灰度分布向量；根据每幅所述测量图像的灰度分布向量解相位计算各像素点的投影坐标，通过各像素点的投影坐标对所述待检测物体进行三维重建。根据第三方面，一种实施例中提供一种三维重建系统，包括：投影装置，用于第一方面所述的光栅图像投影方法对待检测物体进行投影，直至达到预设的投影次数；图像采集装置，与所述投影装置连接，用于获得每次生成的光栅图像在所述待检测物体上投影形成的测量图像；运算处理装置，与所述图像采集装置连接，用于获取每幅所述测量图像中各像素点的灰度强度，以构建每幅所述测量图像的灰度分布向量，及用于根据各幅所述测量图像的灰度分布向量解相位计算各像素点的投影坐标，通过各像素点的投影坐标对所述待检测物体进行三维重建。根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第二方面所述的方法。本申请的有益效果是：依据上述实施例的一种光栅图像投影方法、三维重建方法及三维重建系统，第一方面，由于该光栅图像投影方法生成的光栅图像是由格雷码图像和相移图像结合而成，可有效避免格雷码图像和相移图像交替投影的情形，使得光栅投影的次数减少，利于保证投影精度的同时提高后期解相位计算的速度；第二方面，由于该光栅图像投影方法能够连续更新形成光栅条纹的条纹分布函数，使得光栅图像中各周期区间内的光栅条纹具备了相位移动的特性，利于光栅条纹根据投影光强而发生渐进变化，有助于形成高质量的投影效果；第三方面，由于生成的光栅图像保留了原有相移方法的优点，使得采用光栅图像投影时能够有效克服在物体表面发生的模糊、脏污和漫反射问题，对反光等场景的具有更强的适应性；第四方面，由于该三维重建方法利用了上述的光栅图像投影技术，使得结构光栅反射后传输过程可产生信号的低通滤波作用，可使得取像得到的测量图像的空间分辨率不受光栅条纹最小宽度的影响，测量图像对于模糊反射和漫反射具有更高的鲁棒性；第五方面，在发生高反光的投影情形时，反射物体的光强会增大，采用三维重建方法的三维重建系统能够随着投影序列的变化逐渐消除强烈反光，从而取像得到物体的清晰表面轮廓，利于解相位计算各像素点的投影坐标，从而获得高精度的三维重建效果。附图说明图1为光栅图像投影方法的流程图；图2为生成光栅图像并进行投影的流程图；图3为更新光栅图像并重新进行投影的流程图；图4为一种实施例的更新光栅图像过程的逻辑图；图5为一种实施例的光栅图像的示意图，其中图5(a)为投影序列中m＝0的光栅图像，图5(b)为投影序列中m＝1的光栅图像，图5(c)为投影序列中m＝2的光栅图像；图6为三维重建方法的流程图；图7为一种实施例的三维重建系统的结构图；图8为另一种实施例的三维重建系统的结构图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。为准确地理解本申请的技术方案及专利技术构思，这里将对一些光栅投影技术进行简要说明。(1)格雷码图像投影技术。由于格雷编码的相邻码值只有一位不同且无权重高低，因此其解码误差较小，但是，格雷码图像仅能对投射角空间进行离散的划分，以划分的最小投射角区域中线作为该区域，导致投射角单元内中线位置以外的采样点的投射角不能准确求取。如果某一点在第一幅编码图案中处于黑白交界处，那么该点在接下来的编码图案进行投影时中也必然处于黑白交界的地方，例如，当十进制数由“3”变为“4”时，采用二进制码，则其编码将由“011”变为“100”，此时，三位二进制状态都发生变化，虽然我们看到的是同时转变，但从硬件的角度来看，设备的每一位状态并不是同时发生改变的，如第一位先转变成1，则数字暂时成为111，虽然很快第二位和第三位就会变成0，但是111这个暂时的状态很有可能会造成控制系统的不稳定。也就是说，尽管最终的结果是从“3”变到“4”，但出现了错误的中间转换过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅图像投影方法,其特征在于，包括以下步骤：生成光栅图像并进行投影，所述光栅图像包括若干行的投影图像，每个投影图像包括多个并列分布的周期区间，每个周期区间包括根据预设的条纹分布函数在该周期区间内形成的光栅条纹；更新所述光栅图像并重新进行投影，其中更新所述光栅图像包括：更新所述光栅图像中各个所述周期区间内光栅条纹的条纹分布函数，以对各个所述周期区间内的光栅条纹进行相位移动，以得到更新后的光栅图像。

【技术特征摘要】
1.一种光栅图像投影方法,其特征在于，包括以下步骤：生成光栅图像并进行投影，所述光栅图像包括若干行的投影图像，每个投影图像包括多个并列分布的周期区间，每个周期区间包括根据预设的条纹分布函数在该周期区间内形成的光栅条纹；更新所述光栅图像并重新进行投影，其中更新所述光栅图像包括：更新所述光栅图像中各个所述周期区间内光栅条纹的条纹分布函数，以对各个所述周期区间内的光栅条纹进行相位移动，以得到更新后的光栅图像。2.如权利要求1所述的光栅图像投影方法，其特征在于，所述根据预设的条纹分布函数在每个所述周期区间内形成光栅条纹,包括：预设各个所述周期区间的编码码值g；确定预设的条纹分布函数其中，m为光栅图像的投影序号，k为光栅图像中投影图像的分布序号，s为投影图像中周期区间的分布序号，f为周期函数，S为任意投影图像中周期区间的总数目，X为任意投影图像的行像素点的总数目，a、b、c均为实数常量，x为列像素点的序号，δ均为相移步长值，gm,s为第m个光栅图像的任意投影图像中第s个周期区间所对应的编码码值，为x像素点的相位，I为灰度强度，Im,k,s(x)表示第m个光栅图像的第k个投影图像中第s个周期区间内x像素点的灰度强度；根据所述条纹分布函数确定各个像素点的灰度强度，以使得各个周期区间内形成光栅条纹。3.如权利要求2所述的光栅图像投影方法，其特征在于，将所述条纹分布函数中的周期函数f设定为正弦函数sin或余弦函数cos，以使得各个所述周期区间内形成灰度强度按照正弦分布或余弦分布的光栅条纹。4.如权利要求3所述的光栅图像投影方法，其特征在于，所述更新各个所述周期区间内光栅条纹的条纹分布函数，以对各个所述周期区间内的光栅条纹进行相位移动，以得到更新后的光栅图像，包括：更新各个所述周期区间的编码码值g，使得每个周期区间的编码码值在每次更新之后与预设的编码形式相匹配，所述编码形式包括格雷编码形式、二进制编码形式、伪随机编码形式或步进编码形式；对于任一周期区间，根据更新后的该周期区间的编码码值g和该周期区间所在的投影图像的分布序号k对该周期区间内光栅条纹的条纹分布函数进行更新，更新后的条纹分布函数为根据更新后的条纹分布函数形成光栅条纹，以使得各个所述周期区间内的光栅条纹进行相位移动，以得到更新后的光栅图像。5.如权利要求4所述的光栅图像投影方法，其特征在于，若所述编码形式为格雷编码形式，则所述格雷编码形式包括：同周期区间的格雷码值在时间序列上构成格雷编码的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，
申请(专利权)人：深圳市华汉伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44