一种分时复用快速三维扫描及其数据处理方法技术

提出一种分时复用快速三维扫描方法，包括三个步骤：“分时复用”三维扫描；正弦条纹图时频复合编码与解调；相移图片的识别与自动排序；其中步骤3还包括下列步骤：(a)提取相移图有效区域；(b)快速二维傅里叶变换；(c)高通滤波器滤波；(d)提取相移图特征频率并进行判断；(e)相移图排序。利用本发明专利技术的方法能够在多角度三维测量时大大缩短测量时间，提高测量速度。此外，本发明专利技术还提出了一种正弦条纹图时频复合编码与解调方法，利用该方法可大大减少相移图数量，在降低硬件成本的同时进一步提高扫描速度。本发明专利技术还提出一种相移图自动识别与排序方法，该方法可有效提高三维扫描成功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维扫描领域，具体涉及一种多角度扫描时需要各测头投影仪和相机异步快速投影并采集的三维扫描及其数据处理方法，该方法尤其适于人体扫描。
技术介绍
在人体三维扫描领域，如何提高三维扫描速度一直是学术研究的难点和关键点，这是因为在对人体进行三维扫描时，人不能长时间保持静止，现有的大多数三维扫描技术都要求被测物体在测量时必须严格保持不动，一旦在测量时发生移动，就会大大影响测量的精度和成功率，这也是三维扫描技术在人体扫描领域发展缓慢的原因所在。2011年TI公司推出了专门致力于工业测量的微型投影模块LightCrafter，其投影速率最高可达4000Hz(2-bit图案)，8-bit图案的投影速率也高达120Hz，大大超过了普通DLP投影仪的投影速率，这对借助于DLP投影仪进行三维测量(本文特指相移轮廓术法测量，下同)的厂商和学者来说无疑是一大福音，因为传统的采用普通DLP投影仪进行三维测量时，由于DLP投影速率慢，一般需要5-6秒钟，而采用LightCrafter则只需6/120＝0.05秒钟(假设每次测量投影的编码光图案个数为6)，这大大提高了三维测量速度，从而为人体三维测量，特别是对人脸的三维测量提供了可能。在对人体进行三维测量时，若要重建人体的全貌，需要搭设多组测头从不同方向进行测量，之后将各个方向重建的三维模型拼接起来。传统方法是各测头依次进行测量，即测头1测量完成后，测头2开始测量，之后测头3开始测量……，依次类推。假设每个测头的测量时间为T秒，则N个测头全部测量完成需要N×T秒，随着N增大，总测量时间将不断增加。比如要全方位重建人体头部，一般需要6组测头，假设每组测头的测量时间假设为0.5秒，则总共需要3秒钟。让被测量者保持3秒钟的不动这非常困难，而且如此长的测量时间也使得测量过程变得非常不人性化。因此，在多方位三维测量时，传统的各测头依次测量的方法存在明显缺陷。另外，传统的相依轮廓术法测量一般单独采用“时域法”编码条纹图和解调包裹相位，其需要投影12幅相移图，即4幅高频相移图，4幅中频相移图，4幅低频相移图。这样的相位编码和解调方式需要投影的相移图众多，所以对DMD微镜投影仪要求很高(需要投影仪能够存储多达12幅相移图)，另外还会延长测量时间，降低测量速度。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提出一种分时复用快速三维扫描方法，具体如下：令T表示触发信号的周期，Te表示投影仪和CCD的曝光时间，Tri(i＝1，2，…n)表示第i个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间，其中Tr1＝0us，即测头1不延时，Tr2≥Te，Tr3≥Tr2+Te，以此类推，直到测头n，其中n为该扫描速度下所允许的最大测头数；取Tr2＝Te，Tr3＝2×Te，…Trn＝(n-1)×Te，这样能最充分地利用方波周期内的闲置时间，从而使得n值达到最大，因此n的确定条件为：Trn+Te≤T (1)式中Trn表示第n个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间。利用该方法可以在多角度三维测量时大大缩短测量时间，提高测量速度。此外，还提供一种基于上述分时复用快速三维扫描方法的正弦条纹图时频复合编码与解调方法，包括下列步骤：(1)编码方法正弦条纹图时频复合编码与解调方法需要6帧条纹图，其数学表达式如(2)-(4)所示，前4帧{It＝1，2，3，4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分时复用快速三维扫描方法，具体如下：令T表示触发信号的周期，Te表示投影仪和CCD的曝光时间，Tri(i＝1，2，…n)表示第i个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间，其中Tr1＝0us，即测头1不延时，Tr2≥Te，Tr3≥Tr2+Te，以此类推，直到测头n，其中n为该扫描速度下所允许的最大测头数；取Tr2＝Te，Tr3＝2×Te，…Trn＝(n‑1)×Te，这样能最充分地利用方波周期内的闲置时间，从而使得n值达到最大，因此n的确定条件为：Trn+Te≤T  (1)式中Trn表示第n个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间。

【技术特征摘要】
1.一种分时复用快速三维扫描方法，具体如下：令T表示触发信号的周期，Te表示投影仪和CCD的曝光时间，Tri(i＝1，2，…n)表示第i个测头的投影仪和CCD相对于触发信号上升沿的延时时间，其中Tr1＝0us，即测头1不延时，Tr2≥Te，Tr3≥Tr2+Te，以此类推，直到测头n，其中n为该扫描速度下所允许的最大测头数；取Tr2＝Te，Tr3＝2×Te，…Trn＝(n-1)×Te，这样能最...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，周翔，李欢欢，杨涛，郭家玉，王超，杨怡凡，李玉勤，
申请(专利权)人：苏州笛卡测试技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32