一种结构光场三维成像方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供了一种结构光场三维成像方法，包括：获取结构光场三维成像系统的成像装置所记录的结构光场，求解所述结构光场的相位；将求解得到的所述结构光场的相位与参考面相位进行比较以获取二者相位差，利用所述结构光场的相位‑深度映射关系计算每条光线的深度值；利用所述结构光场中每条光线所记录的方向和计算的深度值，构建多方向三维成像。本发明专利技术还提供一种结构光场三维成像系统。本发明专利技术提供的技术方案结合光场成像和结构照明获取结构光场，推导了结构光场中相位和场景深度的映射关系，能够实现一次采集、多方向三维成像，有利于进一步深入研究结构光场三维成像的理论和应用，满足多视角三维数字成像和测量的要求。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学成像领域，尤其涉及一种结构光场三维成像方法及其系统。
技术介绍
基于条纹投影的光学三维成像是一种非接触式、全场测量的方法，以其高成像密度、高成像速度和高成像精度而得到广泛应用。传统的条纹投影三维成像方法一次采集只能获取一个特定方向的三维数据。随着条纹投影三维成像方法应用范围的扩展，单视点三维成像已经难以满足针对特殊物体、特殊性能的三维成像要求。因此，亟需发展一次采集、多方向三维成像的光学成像方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种结构光场三维成像方法及其系统，旨在解决现有的条纹投影三维成像方法单视点成像的局限性问题，以实现一次采集、多方向结构光场三维成像。本专利技术提出一种结构光场三维成像方法，所述方法包括：获取结构光场三维成像系统的成像装置所记录的结构光场，求解所述结构光场的相位；将求解得到的所述结构光场的相位与参考面相位进行比较以获取二者相位差，利用所述结构光场的相位-深度映射关系计算每条光线的深度值；利用所述结构光场中每条光线所记录的方向和计算的深度值，构建多方向三维成像。优选的，所述结构光场为在结构照明条件下记录的光线的光场，该光场记录了受场景深度调制的结构光信息，所述结构光信息包括调制相位信息和光线方向信息，所述结构光场的参考面为所述结构光场三维成像系统的测量空间中的一个基准平面，被测物体位于所述结构光场三维成像系统与所述基准平面之间。优选的，所述结构光场表示为：L(u,s)＝Ra(u,s)+Rb(u,s)cosφ，其中，Ra(u,s)和Rb(u,s)分别表示所述结构光场的背景强度和条纹调制强度，u表示光线lus的方向，s表示光线lus的位置，L表示光线的辐射强度，φ是经场景深度调制的相位。优选的，所述利用所述结构光场的相位-深度映射关系计算每条光线的深度值表示为：其中，dus是对应于光线lus的深度值，mus和nus是结构光场的相位-深度映射系数，Δφ是场景的调制相位和参考面相位的相位差。优选的，所述利用所述结构光场中每条光线所记录的方向和计算的深度值，构建多方向三维成像的步骤包括：在所记录的结构光场的光线方向中选取一个特定的光线方向ui；从所有光线的深度信息中选取方向为ui的光线的深度信息，得到该选取方向的场景深度估计，并建立三维成像模型重复上述两个步骤，得到不同方向的三维成像模型以完成构建多方向三维成像，其中，N是光场的角度分辨率。优选的，在所述获取结构光场三维成像系统的成像装置所记录的结构光场的步骤之前，所述方法还包括：利用计算机生成标准正弦条纹投影图案，并由所述结构光场三维成像系统的投影装置投射到待测物体表面，经所述待测物体表面调制的变形条纹由所述结构光场三维成像系统的成像装置进行记录；其中，利用计算机生成标准正弦条纹投影图案表示为：I(X)＝A+Bcos(2πfX)，I是条纹投影图的归一化强度，A和B分别是用户设计的条纹背景强度和调制强度，f是条纹投影图的条纹空间频率。优选的，在所述利用所述结构光场的相位-深度映射关系计算每条光线的深度值的步骤之前，所述方法还包括：标定结构光场三维成像系统，确定每条记录光线的相位-深度映射系数；其中，标定的具体步骤包括：利用位移平台控制平面标靶移动到相对于参考面深度为di的位置，结构光场三维成像系统的成像装置记录该位置下的结构光场，并计算每条光线相对参考面的相位差值Δφus|i；利用一系列的深度和相位差值(di,Δφus|i),i＝1,2,…,N拟合出该光线lus的相位-深度映射系数(mus,nus)，最终生成光线索引的相位-深度映射系数查找表LUTus{(mus,nus)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构光场三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：获取结构光场三维成像系统的成像装置所记录的结构光场，求解所述结构光场的相位；将求解得到的所述结构光场的相位与参考面相位进行比较以获取二者相位差，利用所述结构光场的相位‑深度映射关系计算每条光线的深度值；利用所述结构光场中每条光线所记录的方向和计算的深度值，构建多方向三维成像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种结构光场三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：获取结构光场三维成像系统的成像装置所记录的结构光场，求解所述结构光场的相位；将求解得到的所述结构光场的相位与参考面相位进行比较以获取二者相位差，利用所述结构光场的相位-深度映射关系计算每条光线的深度值；利用所述结构光场中每条光线所记录的方向和计算的深度值，构建多方向三维成像。2.如权利要求1所述的结构光场三维成像方法，其特征在于，所述结构光场为在结构照明条件下记录的光线的光场，该光场记录了受场景深度调制的结构光信息，所述结构光信息包括调制相位信息和光线方向信息，所述结构光场的参考面为所述结构光场三维成像系统的测量空间中的一个基准平面，被测物体位于所述结构光场三维成像系统与所述基准平面之间。3.如权利要求2所述的结构光场三维成像方法，其特征在于，所述结构光场表示为：L(u,s)＝Ra(u,s)+Rb(u,s)cosφ，其中，Ra(u,s)和Rb(u,s)分别表示所述结构光场的背景强度和条纹调制强度，u表示光线lus的方向，s表示光线lus的位置，L表示光线的辐射强度，φ是经场景深度调制的相位。4.如权利要求3所述的结构光场三维成像方法，其特征在于，所述利用所述结构光场的相位-深度映射关系计算每条光线的深度值表示为：其中，dus是对应于光线lus的深度值，mus和nus是结构光场的相位-深度映射系数，Δφ是场景的调制相位和参考面相位的相位差。5.如权利要求4所述的结构光场三维成像方法，其特征在于，所述利用所述结构光场中每条光线所记录的方向和计算的深度值，构建多方向三维成像的步骤包括...

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