复杂颜色表面物体的三维重建方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种复杂颜色表面物体的三维重建方法、装置、计算机设备、存储介质和系统，该方法包括：控制摄像装置扫描被测物体的N步相移彩色条纹图；根据N步相移彩色条纹图，计算每个像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度；分别对红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度进行归一化处理，得到N步相移彩色条纹图各像素点的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数；根据红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数，将各N步相移彩色条纹图转换为灰度条纹图像。该方法充分利用各通道的强度信息，有效减小了噪声对亮度转换效率的影响。

【技术实现步骤摘要】
复杂颜色表面物体的三维重建方法和系统
本专利技术涉及图像处理
，特别是涉及一种复杂颜色表面物体的三维重建方法、装置、计算机设备、存储介质和系统。
技术介绍
随着现代科技的不断发展以及基本制造工艺的不断提高，越来越多的方面对建模有着持续性增长的需求。基于计算机视觉的三维立体重建技术作为一种崭新的实用技术，有效改善了纯手工建模方法的低精度问题。三维立体重建，是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型。三维重建技术被广泛应用于文物鉴定，医学检测和虚拟现实等领域。立体三维重建主要包括数据获取、预处理、特征分析、点云拼接、表面重建等步骤，其中点云数据的获取是在三维重建过程中至关重要的部分。投影结构光三维测量系统是一种非接触式的点云数据获取设备，该系统一般由两个CCD摄像机和一个DLP投影仪组成，测量时使用投影仪向被测物体投射一组光强呈余弦分布的条纹图像，并使用摄像机同时拍摄经被测物体表面调制而变形的条纹图像；然后利用拍摄得到的条纹图像，根据相位计算方法得到条纹图像的绝对相位值；最后根据预先标定的系统参数或相位—高度映射关系从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据。彩色工业相机采集的彩色条纹图需要转换成灰度条纹图，也即条纹图像的灰度化处理。传统图像的灰度化处理方法是按照CIE标准色度学系统中依据人眼视觉特性分别赋予红色、绿色、蓝色三通道固定的权重系数。传统固定权重的图像灰度化处理方法是根据人眼的视觉特性以固定权重比例对RGB三通道的强度进行灰度转换的，而通过传统固定权重的彩色-灰度转换方法并没有考虑物体本身的颜色差异。比如采集一个物体蓝色部分比较多，获取的彩色图像中B分量的值比较大，R和G分量很小。如果采用传统方法，由于B通道的权重系数是0.114，该通道的强度信息将会被抑制，最终得到的灰度值会很小，以致转换后的灰度条纹图像对比度非常低，从而降低灰度条纹图进行相位重建时的抗噪声能力，严重影响物体的三维重建效果。
技术实现思路
基于此，有必要针对固定权重系统的图像灰度化处理导致的无法充分利用各通道的强度信息和相位抗噪声能力下降的问题，提供一种复杂颜色表面物体的三维重建方法、装置、计算机设备、存储介质和系统。一种复杂颜色表面物体的三维重建方法，包括：控制摄像装置扫描被测物体的N步相移彩色条纹图；根据所述N步相移彩色条纹图，计算每个像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度；分别对所述红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度进行归一化处理，得到所述N步相移彩色条纹图各像素点的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数；根据所述红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数，将各所述N步相移彩色条纹图转换为灰度条纹图像；基于N步相移最小二乘相位求解方法，得到所述灰度图像的相位值；根据所述相位值计算出被测物体表面的深度数据以进行三维重建。一种复杂颜色表面物体的三维重建装置，包括：扫描控制模块，用于控制摄像装置扫描被测物体的N步相移彩色条纹图；调制度计算模块，用于根据所述N步相移彩色条纹图，计算每个像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度；权重计算模块，用于分别对所述红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度进行归一化处理，得到所述N步相移彩色条纹图各像素点的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数；转换模块，用于根据所述红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数，将各所述N步相移彩色条纹图转换为灰度条纹图像；相位计算模块，用于基于N步相移最小二乘相位求解方法，得到所述灰度图像的相位值；深度数据计算模块，用于根据所述相位值计算出被测物体表面的深度数据以进行三维重建。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述的复杂颜色表面物体的三维重建方法的步骤。一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述的复杂颜色表面物体的三维重建方法的步骤。一种复杂颜色表面物体的三维重建系统，包括：投影装置、第一摄像装置、第二摄像装置以及上述的计算机设备；所述第一摄像装置和第二摄像装置分别位于被测物体的两侧，所述计算机设备分别与投影装置、第一摄像装置和第二摄像装置通信连接；测物体设置于所述第一摄像装置和第二摄像装置的采集范围，以及所述投影装置的投影范围。上述的复杂颜色表面物体的三维重建方法、装置、计算机设备、存储介质和系统，通过直接在获取到的彩色条纹图上逐像素进行调制度归一化处理，提高了彩色条纹图像中灰度特征的提取效率，并且条纹调制度的计算综合了所有彩色相移条纹图像的亮度信息，因此，基于条纹调制度计算的权重，充分利用各通道的强度信息，提高了相位抗噪声能力，有效减小了噪声对亮度转换效率的影响，提高了物体三维重建的精度。附图说明图1为一个实施例的复杂颜色表面物体的三维重建系统的结构示意图；图2为一个实施例中复杂颜色表面物体的三维重建方法的流程图；图3为一个实施例的计算各彩色条纹图中各像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度的步骤的流程图；图4为一个三维重建实验中所采用的青花瓷瓶彩色图像；图5为采用传统固定权重的图像灰度化处理方法将图4的青花瓷瓶彩色图像转换为灰度图像的效果示意图；图6为本专利技术方法将图4的青花瓷瓶彩色图像转换为灰度图像的效果示意图；图7至图9分别为彩色瓷瓶彩色图像在R、G、B三通道的伪彩色图像；图10为在图5所示的灰度图像的基础上，通过三维重建技术重建出瓷瓶的三维模型的示意图；图11为在图6的灰度图像的基础上，通过三维重建技术重建出瓷瓶的三维模型的示意图；图12为四步相移基于传统灰度转换法与本专利技术方法的相位误差比较曲线图；图13为六步相移基于传统灰度转换法与本专利技术方法的相位误差比较曲线图；图14为一个实施例的复杂颜色表面物体的三维重建装置的结构框图。具体实施方式图1为一个实施例的复杂颜色表面物体的三维重建系统的结构示意图。如图1所示，包括投影装置102、第一摄像装置104、第二摄像装置106以及计算机设备108。其中，第一摄像装置104和第二摄像装置106分别位于被测物体的两侧，计算机设备108分别与投影装置102、第一摄像装置104和第二摄像装置106通信连接。被测物体设置规范第一摄像装置104和第二摄像装置106的采集范围，以及投影装置102的投影范围。本实施例中，第一摄像装置104和第二摄像装置106为带有彩色CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)的图像采集装置，自然光经过透镜的折射作用，透过只含有红绿蓝三色的拜尔滤光片到达CCD，当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发产生电信号，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来传输到相机内部处理器进行处理，最终输出彩色纹理图像。其中，投影装置102向被测物体投射的一组余弦条纹图像，第一摄像装置104和第二摄像装置106采集变形条纹彩色图像，计算机设备根据相移算法和相位展开算法计算得到条纹图像的绝对相位值，根据预先标定的系统参数或相位—高度映射关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂颜色表面物体的三维重建方法，包括：控制摄像装置采集被测物体的N步相移彩色条纹图；根据所述N步相移彩色条纹图，计算每个像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度；分别对所述红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度进行归一化处理，得到所述N步相移彩色条纹图各像素点的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数；根据所述红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数，将各所述N步相移彩色条纹图转换为灰度条纹图像；基于N步相移最小二乘相位求解方法，得到所述灰度图像的相位值；根据所述相位值计算出被测物体表面的深度数据以进行三维重建。

【技术特征摘要】
1.一种复杂颜色表面物体的三维重建方法，包括：控制摄像装置采集被测物体的N步相移彩色条纹图；根据所述N步相移彩色条纹图，计算每个像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度；分别对所述红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度进行归一化处理，得到所述N步相移彩色条纹图各像素点的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数；根据所述红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数，将各所述N步相移彩色条纹图转换为灰度条纹图像；基于N步相移最小二乘相位求解方法，得到所述灰度图像的相位值；根据所述相位值计算出被测物体表面的深度数据以进行三维重建。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述N步相移彩色条纹图，计算每个像素点的红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度的步骤，包括：根据所述N步相移彩色条纹图中每个像素点的红色通道的分量值，计算红色通道的条纹调制度；根据所述N步相移彩色条纹图中每个像素点的绿色通道的分量值，计算绿色通道的条纹调制度；根据所述N步相移彩色条纹图中每个像素点的蓝色通道的分量值，计算蓝色通道的条纹调制度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对所述红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度进行归一化处理，得到所述N步相移彩色条纹图各像素点的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数的步骤包括：分别根据各像素点的所述红色通道的条纹调制度、绿色通道的条纹调制度和蓝色通道的条纹调制度，计算各像素点的红色通道的条纹调制度的占比、绿色通道的条纹调制度的占比和蓝色通道的条纹调制度的占比，得到各像素点对应的红色通道的权重系数、绿色通道的权重系数和蓝色通道的权重系数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制摄像装置扫描被测物体的彩色条纹图的步骤，包括：控制摄像装置采集符合余弦分布的条纹图像投影至物体受物体表面调制而发生变形的彩色变形条纹图。5.一种复杂颜色表面物体的三维重建装置，包括：扫描控制模块，用于控制摄像装置扫描被测物体的N步相移彩色条纹图；调制度计算模块，用于根据所述N步相移彩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海龙，彭翔，宋丽晓，刘晓利，刘梦龙，关颖健，
申请(专利权)人：深圳市易尚展示股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44